降低量子网络成本关键，新钻石拉伸技术让量子位元更可控

darthracer · 2024-1-13 09:01

归功于一种新钻石拉伸技术，量子通信进展取得突破，不只提高量子位元维持纠缠状态的系统运行温度，还能更容易以微波控制。

量子网络是一种利用奇怪量子现象发送、接收消息的新兴领域，通过“量子密钥分发”方式进行的通信过程无法被破解，纠缠光子技术还具远程传输特性，且成对量子位元无需依靠任何物理性质连接就能相互影响彼此量子态。

其中，基于钻石的量子位元对能长时间内维持纠缠状态，但量子位元对热量和振动非常敏感，因此必须一直处于仅比绝对零度高一点的温度，这代表量子网络每个通信节点（每5～10公里）都需设置一个巨大、能源密集冷却设备，严重限制该领域实用性。

来自芝加哥大学、阿贡国家实验室、剑桥大学的研究团队于是对制造量子位元的材料进行实验，想看是否可改进这项技术，而最有前途的量子位元类型之一由钻石制成。

现在他们宣布找到突破性解决方法：通过“拉伸”钻石薄膜改变分子晶格创造的量子位元，可提高系统运行环境温度，且位元更容易控制。

团队于热玻璃上方铺一层钻石薄膜，冷却过程由于玻璃收缩程度比钻石小，从而稍微拉伸了钻石原子结构，就像道路随着下方地壳冷热变化而收缩膨胀，这种拉伸虽然只使原子分开极小距离，但对材料行为已能产生巨大影响，比如让钻石量子位元维持纠缠的温度从略高于绝对零度提升至 -269℃。

其次，此法也让利用微波控制量子位元、提高资讯保真度的想法变得可行。科学家表示，通过延长相干时间、以微波进行可行量子控制，对基于钻石的量子位元网络开发来说会是条明确道路。

新论文发表在《Physical Review X》期刊。