“量子技術(shù)”利用量子疊加和糾纏的獨(dú)特現(xiàn)象來(lái)編碼和處理信息，對(duì)從通信到傳感和計(jì)算的廣泛信息技術(shù)具有潛在的深遠(yuǎn)好處。

然而，發(fā)展這些技術(shù)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是量子現(xiàn)象是非常脆弱，只有少數(shù)幾個(gè)物理系統(tǒng)已經(jīng)被識(shí)別出來(lái)，在這些系統(tǒng)中，量子現(xiàn)象存在的時(shí)間足夠長(zhǎng)，并且可以充分控制，從而發(fā)揮作用。金剛石等材料中的原子缺陷就是這樣一個(gè)系統(tǒng)，但缺乏在原子尺度上制造和工程晶體缺陷的技術(shù)，迄今為止進(jìn)展有限。

一組科學(xué)家在《Optica》上發(fā)表的一篇論文中證明了這種新方法的成功。它們包括金剛石(碳)晶格中的氮雜質(zhì)，該金剛石(碳)晶格位于空位或空位附近。NV中心是通過(guò)將一系列超快激光脈沖聚焦到金剛石上而形成，其中第一個(gè)脈沖的能量足夠高，可以在激光聚焦中心產(chǎn)生空位，隨后的脈沖能量較低，可以激活空位，直到其中一個(gè)脈沖與氮雜質(zhì)結(jié)合，形成所需的復(fù)合物。這項(xiàng)新研究是由牛津大學(xué)材料系的杰森·史密斯教授、牛津大學(xué)工程科學(xué)系的帕特里克·索爾特博士和馬丁·布斯教授以及華威大學(xué)同事共同領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行。

這是在英國(guó)量子技術(shù)項(xiàng)目的量子計(jì)算技術(shù)中心NQIT研究項(xiàng)目?jī)?nèi)進(jìn)行，得到了提供鉆石樣本的英國(guó)戴比爾斯公司支持?？茖W(xué)家們的新方法包括使用一個(gè)靈敏熒光監(jiān)測(cè)器來(lái)檢測(cè)從焦區(qū)發(fā)出的光，這樣就可以根據(jù)觀察到的信號(hào)積極地控制這一過(guò)程。通過(guò)結(jié)合本地控制和反饋，新方法促進(jìn)了單個(gè)NV中心陣列的生產(chǎn)，每個(gè)站點(diǎn)上只有一個(gè)顏色中心——這是構(gòu)建可伸縮技術(shù)的關(guān)鍵能力。它還允許精確定位缺陷，這對(duì)集成設(shè)備的工程設(shè)計(jì)非常重要?？焖僖徊降倪^(guò)程很容易自動(dòng)化，每一個(gè)NV中心只需幾秒鐘的創(chuàng)建。

馬丁?布斯教授表示：鉆石色彩中心為開(kāi)發(fā)緊湊而強(qiáng)大的量子技術(shù)提供了一個(gè)非常令人興奮的平臺(tái)，而這一新工藝可能會(huì)改變所需材料工程的游戲規(guī)則。優(yōu)化這一過(guò)程還有很多工作要做，但希望這一步將有助于加快這些技術(shù)的交付?？茖W(xué)家們相信，這種方法最終可能被用于制造厘米大小的鉆石芯片，其中包含10萬(wàn)個(gè)或更多的NV中心，作為通往量子技術(shù)“圣杯”(一種通用的容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī))的一條道路。

杰森?史密斯教授表示：第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在正開(kāi)始出現(xiàn)，但這些機(jī)器雖然令人印象深刻，但它們只觸及了可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)的皮毛，所使用的平臺(tái)可能沒(méi)有足夠的可擴(kuò)展性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算必須提供的全部能力。鉆石色中心可以提供一個(gè)解決這個(gè)問(wèn)題的方法，將高密度的量子位元封裝在一個(gè)固態(tài)晶片上，用光學(xué)方法將它們互相糾纏，形成量子計(jì)算機(jī)的核心。能夠?qū)V中心寫入具有高度控制的鉆石中，是實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備和其他設(shè)備的關(guān)鍵第一步。

博科園｜研究/來(lái)自：牛津大學(xué)

參考期刊《Optica》

DOI: 10.1364/OPTICA.6.000662

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