使用金剛石納米結(jié)構(gòu)向量子互聯(lián)網(wǎng)邁出重要一步

金剛石材料對(duì)于量子互聯(lián)網(wǎng)等未來技術(shù)非常重要。特殊的缺陷中心可以用作量子比特（qubits），并發(fā)射稱為單光子的單個(gè)光粒子。

為了在量子網(wǎng)絡(luò)中以可行的通信速率在長(zhǎng)距離上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，必須將所有光子收集在光纖中并傳輸而不會(huì)丟失。還必須確保這些光子都具有相同的顏色，即相同的頻率。到目前為止，滿足這些要求是不可能的。

由柏林洪堡大學(xué)的Tim Schr?der教授領(lǐng)導(dǎo)的“集成量子光子學(xué)”小組的研究人員在全球范圍內(nèi)*成功地產(chǎn)生和檢測(cè)從量子光源發(fā)射的穩(wěn)定光子頻率的光子，或者更準(zhǔn)確地說，從金剛石納米結(jié)構(gòu)中的氮空位缺陷中心發(fā)射。

這是通過仔細(xì)選擇鉆石材料來實(shí)現(xiàn)的;在費(fèi)迪南德-布勞恩研究所、萊布尼茨-赫希斯特雷庫(kù)茨技術(shù)學(xué)院金剛石納米光子學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的復(fù)雜納米制造方法;和具體的實(shí)驗(yàn)控制方案。通過結(jié)合這些方法，可以顯著降低先前干擾數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉肼�，并且光子以穩(wěn)定的（通信）頻率發(fā)射。

此外，柏林的研究人員表明，在開發(fā)的方法的幫助下，空間分離的量子系統(tǒng)之間的當(dāng)前通信速率可以提高1倍以上 - 這是向未來量子互聯(lián)網(wǎng)邁出的重要一步。

科學(xué)家們已經(jīng)將單個(gè)量子位集成到優(yōu)化的金剛石納米結(jié)構(gòu)中。這些結(jié)構(gòu)比人類頭發(fā)細(xì)1倍，可以以定向方式將發(fā)射的光子轉(zhuǎn)移到玻璃纖維中。

然而，在納米結(jié)構(gòu)的制造過程中，材料表面在原子水平上受到破壞，自由電子為產(chǎn)生的光粒子產(chǎn)生無法控制的噪聲。噪聲與不穩(wěn)定的射頻相當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致光子頻率的波動(dòng)，從而阻止成功的量子操作，例如糾纏。

所用金剛石材料的一個(gè)特點(diǎn)是晶格中氮雜質(zhì)原子的密度相對(duì)較高。這些可能保護(hù)量子光源免受納米結(jié)構(gòu)表面的電子噪聲的影響。“然而，確切的物理過程需要在未來進(jìn)行更詳細(xì)的研究，”與Tim Schr?der教授一起研究量子系統(tǒng)的Laura Orphal-Kobin解釋說。

從實(shí)驗(yàn)觀察中得出的結(jié)論得到了統(tǒng)計(jì)模型和模擬的支持，來自同一研究小組的Gregor Pieplow博士正在與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家一起開發(fā)和實(shí)施。

該論文發(fā)表在《物理評(píng)論X》雜志上。