有瑕人造鉆石可作量子中繼器

原標題：有瑕人造鉆石可作量子中繼器

據美國普林斯頓大學官網近日消息，該校研究人員與合作伙伴攜手，構建出化學屬性可精確控制的人造鉆石，鉆石中的瑕疵——中性硅空位在采用光子傳輸和電子存儲量子信息方面表現優異，因此，對打造新型超安全量子通信網絡至關重要。

量子通信網絡安全性高，同時也能讓多臺量子計算機一起工作，解決現有技術無法應對的問題，但科學家設計這些網絡時會面臨一些挑戰，包括如何跨越長距離保存脆弱的量子信息等。

在標準通信網絡中，可以利用中繼器來短暫地存儲并重新傳送信號，使之能傳輸至更遠距離。但要制造量子中繼器，關鍵挑戰在于找到一種既可存儲也可傳輸量子比特（量子信息的基本單位）的材料。迄今為止，傳輸量子比特的最佳途徑就是以光子的形式編碼它們，但光纖中的量子比特只能短距離傳輸，而且，光子以光速運動，很難捕獲并存儲。

最新研究負責人、普林斯頓大學電子工程系助理教授娜塔莉婭·德·里昂表示，擁有中性硅空位的人造鉆石（一個硅原子取代兩個碳原子）可作為量子網絡的中繼器，存儲和傳送量子比特。

研究人員與人造工業金剛石供應商元素六合作，制造出一種電中性的硅空位。元素六公司首先疊加碳原子層形成晶體，并在此過程中添加硼原子（可擠出可能會損壞電中性的其他缺陷），接下來將硅離子植入鉆石中，然后高溫加熱鉆石，去除同樣會貢獻電荷的其他瑕疵，最終制造出了鉆石中的中性硅空位。

中性硅空位既有利于采用光子傳輸量子信息，也有利于采用電子存儲量子信息，是制造必要的量子特性——糾纏的關鍵要素。糾纏是指粒子對即使在分開的情況下也可以保持相關性，是量子信息安全的關鍵。

研究人員表示，接下來他們打算構建中性硅空位和光子電路之間的接口，將來自網絡的光子帶入或帶出硅空位。（記者 劉霞）