基于金刚石的量子计算机研发取得了重大突破

量子计算机和量子通信是突破性的技术，与传统计算机相比，它们能够实现更快、更安全的数据处理和传输。 在量子计算机中，量子比特是信息的基本单位，其功能相当于经典计算中的量子力学比特。

钻石量子比特的精确控制是量子计算机发展的重要一步。 资料来源：Ioannis Karapatzakis，KIT

例如，在经典数字通信中，玻璃纤维中的激光脉冲将信息从 A 传输到 B，而量子力学则使用单个光子。 原则上，这样就不可能截获传输的数据。 可光学寻址的量子位（可以用光控制或读出）适合在量子计算机中存储光子信息并进行处理。 量子位可以存储和处理量子态，并以光子的形式吸收和发射量子态。

量子比特开发的一大挑战是延长相干时间，即量子比特能够稳定存储信息的时间。 能否控制量子比特并使其保持足够的稳定性，以便在实际应用中利用它们的特性，对于开发高效和可扩展量子计算机的可行性至关重要。

在 KIT 物理研究所，博士研究员 Ioannis Karapatzakis 和 Jeremias Resch 研究了如何精确控制钻石中的一种特殊缺陷，即锡-空位（SnV）中心。 他们的工作是德国联邦教育与研究部资助的两个项目的一部分： 这两个项目分别是：用于安全光纤量子通信的QuantumRepeater.Link（QR.X）项目和旨在开发基于金刚石自旋光子的量子计算机的SPINNING项目。

Karapatzakis说：”钻石碳原子晶格结构中的原子缺失或被锡等其他原子取代时，就会出现缺陷。 这种缺陷可以用作量子通信的量子比特，因为它们具有特殊的光学和磁学特性，可以用光或微波操纵它们的电子自旋等状态。 这些缺陷可以用作稳定的量子比特，用于存储和处理信息，并与光子耦合。”

金刚石量子比特具有存在于固相中的优势，因此比其他量子材料（如真空中的原子）更容易操作。 Karapatzakis 和 Resch现在能够利用微波精确地、可观察地控制锡空穴中心量子比特的电子自旋，将钻石锡-空穴中心的相干时间延长到 10 毫秒，这是一项重大改进。

他们通过动态解耦实现了这一点，从而在很大程度上抑制了干扰。 研究人员的研究成果还有一个特别之处，那就是他们首次成功地证明了这种类型的金刚石缺陷可以通过超导波导得到非常有效的控制，超导波导可以有效地将微波辐射引向缺陷，而不会产生热量。

“这一点非常重要，因为这些缺陷通常是在接近绝对零度的极低温度下进行研究的。 更高的温度会使量子比特失去作用，”卡拉帕特扎基斯说。

Resch指出：”为了在两个用户之间或（以后）两个量子计算机之间建立通信，我们需要将量子比特的量子态转移到光子上。通过对量子比特进行光读取并获得稳定的光谱特性，我们在这个方向上迈出了重要的一步。 因此，我们在控制钻石中的锡空穴中心方面取得的成果为未来安全高效量子通信的发展提供了重要突破的可能性。”

编译自/SciTechDaily