有瑕疵的鉆石有望用于存儲(chǔ)量子數(shù)據(jù)
北京時(shí)間3月31日消息 目前科學(xué)家已經(jīng)找到處理鉆石晶體里的原子的新方法，因此他們能把信息儲(chǔ)存在鉆石里，把它當(dāng)成量子存儲(chǔ)器使用。在傳統(tǒng)電腦和量子電腦中，數(shù)據(jù)由處于0或1狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)位表示。但是量子電腦還有一個(gè)特別“技巧”。它們能夠利用一種被稱為“疊合態(tài)”的模糊的量子機(jī)制概念。
該概念是指一個(gè)量子系統(tǒng)(如電子的自旋方向)在其可能的所有狀態(tài)上同時(shí)存在，直至該系統(tǒng)被測量或被觀察。例如，一個(gè)量子比特，或稱一個(gè)“量子點(diǎn)”并非簡單的1或0，而可以是1/3偏向1、2/3偏向0的狀態(tài)，或者任何其他組合。當(dāng)這個(gè)模糊的量子比特被應(yīng)用到邏輯運(yùn)算中時(shí)，從本質(zhì)上說，電腦可同時(shí)計(jì)算出所有可能的結(jié)果。物理學(xué)家利用這種量子數(shù)據(jù)可以更加安全地傳輸信息，他們希望最終能研制出量子電腦，借助它解決利用當(dāng)前技術(shù)無法解決的問題。
在研發(fā)這種量子存儲(chǔ)器時(shí)，理想的鉆石并不是蒂芙尼公司或哈利·威斯頓鉆石公司生產(chǎn)的。因?yàn)殂@石里的瑕疵是這項(xiàng)技術(shù)取得成功的關(guān)鍵。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的戴維·艾維薩洛姆說：“令人感到有些吃驚的是，盡善盡美的鉆石并不是這項(xiàng)技術(shù)所需要的。量子電腦要想取得成功，我們需要瑕疵。”鉆石里最常見的瑕疵是氮，它使鉆石呈現(xiàn)黃色。當(dāng)?shù)游挥谔季w里的空腔附近時(shí)，這種入侵元素提供的一個(gè)額外電子會(huì)進(jìn)入空腔。幾年前，科學(xué)家掌握了利用微波能改變這種電子的自旋模式，讓它們像量子點(diǎn)一樣產(chǎn)生作用的方法。為了尋找儲(chǔ)存量子信息的更穩(wěn)定方式，艾維薩洛姆現(xiàn)在已經(jīng)找到讓電子自旋與附近的氮核子自旋產(chǎn)生互動(dòng)的方法。這種轉(zhuǎn)變是由磁場引發(fā)的，與把信息儲(chǔ)存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器里所需的時(shí)間相比，它的速度更快，只需大約一千億分之一秒。
3月22日，艾維薩洛姆在達(dá)拉斯舉行的美國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上說，該技術(shù)的“精確度高達(dá)85%到95%”。與之相比，其他一些正在研發(fā)的量子系統(tǒng)需要在接近絕對零度的環(huán)境下工作，而這種鉆石存儲(chǔ)器可在室溫環(huán)境下工作。通過向鉆石里發(fā)射激光，可以改變和檢測它里面的自旋模式。有了這項(xiàng)技術(shù)，鉆石將成為研發(fā)納米光子系統(tǒng)(旨在移除或把信息儲(chǔ)存在光“囊”里)的科學(xué)家的新寵。與鉆石不同，這種量子存儲(chǔ)器并不是永恒不變的。但是從量子標(biāo)準(zhǔn)來看，它能持續(xù)很長時(shí)間。原子核自轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過1毫秒，最終這一時(shí)間有可能會(huì)延長到數(shù)秒。
美國加利福尼亞州圣荷西IBM阿爾瑪?shù)茄芯恐行牡奈锢韺W(xué)家塞巴斯蒂安·洛思說：“只要具有連貫性，你就能創(chuàng)造量子戲法。如果你有一生的毫秒，你就能進(jìn)行數(shù)百萬次操作。”鉆石除了穩(wěn)定性更好以外，它或許還能克服量子電腦面臨的另一個(gè)障礙。艾維薩洛姆利用激光向一個(gè)網(wǎng)狀物里輸入數(shù)千個(gè)原子，用來在鉆石里產(chǎn)生傳統(tǒng)氮原子模式，去年該研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》里。艾維薩洛姆的鉆石量子存儲(chǔ)器可能還對創(chuàng)建大型量子網(wǎng)絡(luò)有好處。當(dāng)前人們利用量子點(diǎn)傳輸量子信息，傳輸距離僅局限在數(shù)公里范圍內(nèi)。量子中繼器或許能利用小型鉆石芯片捕捉、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)信息，擴(kuò)大信息傳輸范圍，使量子網(wǎng)能在更大區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生作用。
京公網(wǎng)安備 11010502049343號