原子级材料，能否加速“量子技术”的发展？学术资讯

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“量子技术”利用量子叠加和纠缠的独特现象来编码和处理信息，对从通信到传感和计算的广泛信息技术具有潜在的深远好处。然而，发展这些技术的一个主要挑战是量子现象是非常脆弱，只有少数几个物理系统已经被识别出来，在这些系统中，量子现象存在的时间足够长，并且可以充分控制，从而发挥作用。金刚石等材料中的原子缺陷就是这样一个系统，但缺乏在原子尺度上制造和工程晶体缺陷的技术，迄今为止进展有限。

一组科学家在《Optica》上发表的一篇论文中证明了这种新方法的成功。它们包括金刚石(碳)晶格中的氮杂质，该金刚石(碳)晶格位于空位或空位附近。NV中心是通过将一系列超快激光脉冲聚焦到金刚石上而形成，其中第一个脉冲的能量足够高，可以在激光聚焦中心产生空位，随后的脉冲能量较低，可以激活空位，直到其中一个脉冲与氮杂质结合，形成所需的复合物。这项新研究是由牛津大学材料系的杰森·史密斯教授、牛津大学工程科学系的帕特里克·索尔特博士和马丁·布斯教授以及华威大学同事共同领导的一个团队进行。

这是在英国量子技术项目的量子计算技术中心NQIT研究项目内进行，得到了提供钻石样本的英国戴比尔斯公司支持。科学家们的新方法包括使用一个灵敏荧光监测器来检测从焦区发出的光，这样就可以根据观察到的信号积极地控制这一过程。

通过结合本地控制和反馈，新方法促进了单个NV中心阵列的生产，每个站点上只有一个颜色中心——这是构建可伸缩技术的关键能力。它还允许精确定位缺陷，这对集成设备的工程设计非常重要。快速一步的过程很容易自动化，每一个NV中心只需几秒钟的创建。

激光刻蚀金刚石中单个氮空位缺陷，具有近单位产率。图片：Oxford University

马丁•布斯教授表示：钻石色彩中心为开发紧凑而强大的量子技术提供了一个非常令人兴奋的平台，而这一新工艺可能会改变所需材料工程的游戏规则。优化这一过程还有很多工作要做，但希望这一步将有助于加快这些技术的交付。科学家们相信，这种方法最终可能被用于制造厘米大小的钻石芯片，其中包含10万个或更多的NV中心，作为通往量子技术“圣杯”(一种通用的容错量子计算机)的一条道路。

杰森•史密斯教授表示：第一台量子计算机现在正开始出现，但这些机器虽然令人印象深刻，但它们只触及了可能实现的目标的皮毛，所使用的平台可能没有足够的可扩展性，无法实现量子计算必须提供的全部能力。钻石色中心可以提供一个解决这个问题的方法，将高密度的量子位元封装在一个固态晶片上，用光学方法将它们互相纠缠，形成量子计算机的核心。能够将NV中心写入具有高度控制的钻石中，是实现这些设备和其他设备的关键第一步。

参考期刊《Optica》

来源：tianwenwuli 天文物理

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