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《利用原子尺度的材料加工来加速量子技术》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2019-05-15

  • “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各种信息技术具有潜在的深远益处。

    然而，开发这些技术的一个主要挑战是量子现象非常脆弱，并且只有少数物理系统被确定，其中它们存活的时间足够长并且足够可控以使其有用。诸如金刚石之类的材料中的原子缺陷就是这样一种系统，但是缺乏在原子尺度上制造和设计晶体缺陷的技术迄今为止进展有限。

    一组科学家在Optica发表的一篇论文中证明了新方法在钻石中产生特殊缺陷（称为氮空位（NV）色心）的成功。这些包括位于空晶格位置或空位附近的金刚石（碳）晶格中的氮杂质。通过将一系列超快激光脉冲聚焦到钻石中来创建NV中心，其中第一个具有足够高的能量以在激光焦点的中心产生空位，随后的脉冲以较低的能量动员空位直到一个它们与氮杂质结合并形成所需的络合物。

    这项新研究由牛津大学材料系Jason Smith教授领导的团队和牛津大学工程科学系Patrick Salter博士和Martin Booth博士与大学同事合作完成。沃里克它发生在英国量子技术计划的量子计算技术中心NQIT的研究计划中，得到了提供钻石样品的DeBeers UK的支持。

    科学家的新方法涉及使用灵敏的荧光监测器来检测从聚焦区域发出的光，以便可以响应于观察到的信号主动控制该过程。通过结合本地控制和反馈，这种新方法有助于生成单个NV中心阵列，每个站点只有一个色彩中心 - 这是构建可扩展技术的关键能力。它还允许精确定位缺陷，这对于集成设备的工程设计非常重要。快速的单步流程很容易实现自动化，每个NV中心只需几秒钟即可创建。

    Martin Booth教授说：“钻石中的色心为开发紧凑而强大的量子技术提供了一个非常激动人心的平台，而这一新工艺在所需材料的工程设计中可能会改变游戏规则。在优化流程方面还有很多工作要做，但希望这一步将有助于加速这些技术的交付。

    科学家认为，这种方法最终可能用于制造含有100,000或更多NV中心的厘米大小的钻石碎片，作为通向量子技术的“圣杯”的途径，这是一种通用的容错量子计算机。

    杰森史密斯教授说：'第一批量子计算机现在开始出现，但这些机器虽然令人印象深刻，却只是划伤了可能实现的目标，而且所使用的平台可能无法充分扩展以实现量子计的全部功能。计算必须提供。通过将高密度的量子比特堆积到固态芯片上，钻石色心可以提供解决该问题的方案，固态芯片可以使用光学方法彼此缠结以形成量子计算机的核心。通过高度控制将NV中心写入钻石的能力是迈向这些和其他设备的重要的第一步。

    ——文章发布于2019年5月14日

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