新型“量子鉆石”或將在量子互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮巨大作用

• 2018年7月11日 ZhangHongYuan來源：新浪科技 851 52
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  2018-2023年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場調研與發(fā)展前景預測報告

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在一項新實驗中，科學家將一些碳原子替換成硅原子，制造出了具有硅空位的鉆石，或許未來將應用在量子系統(tǒng)中。

北京時間7月11日消息，據(jù)國外媒體報道，“鉆石恒久遠”是一句膾炙人口的廣告語，但除此之外，鉆石還具有許多奇怪的特性。現(xiàn)在，一種含有雜質的鉆石或許將在未來的量子技術——甚至是量子互聯(lián)網(wǎng)——中發(fā)揮巨大的作用。

聽起來這似乎是無稽之談，那讓我們從頭講起。鉆石是碳元素組成的晶體，每個碳原子與相鄰的4個碳原子形成共價鍵，緊密聯(lián)系在一起。科學家通過將鉆石中的一些碳原子替換成氮原子，發(fā)現(xiàn)了一些有趣的用途，比如制造一個時間晶體(time crystal)。在一項新實驗中，科學家將一些碳原子替換成硅原子，制造出了具有硅空位的鉆石，或許未來將應用在量子系統(tǒng)中。

“通過細致的材料工程學方法，我們得以揭示SiV0鉆石高度連貫的光學和自旋特性，”研究作者、普林斯頓大學助理教授Nathalie de Leon寫道。他們的研究結果發(fā)表在近期的《科學》(Science)雜志上?；旧希@些鉆石具有的特性使它們能用于量子計算機的相互連接。

當我們提到“量子”時，基本上就意味著“服從量子力學的奇怪規(guī)則”。首先請思考自旋的屬性。電子可以向上或向下旋轉，就像一個棋子可以是紅色或黑色。如果把你的眼睛蒙上，再遞給你一個棋子，此時你并不會知道它是什么顏色;但在理論上，如果你知道放棋子的袋子的所有細節(jié)，并了解別人伸手到袋子里的方式，你或許就能猜出棋子是什么顏色。

然而，電子的自旋就不是這樣了，它具有自己的運作方式。如果它是量子，你可以從字面上了解關于一個系統(tǒng)的所有信息，但依然不知道電子是向上還是向下自旋。這就是相干態(tài)，通常被翻譯成電子同時向上和向下自旋。這種相干性很容易用數(shù)學方法解釋，但很難在物理上構建，因為來自外界的極微小擾動都會導致粒子在旋轉中上升和下沉。

用氮原子替換了碳原子的鉆石在晶格中具有一個剩余電子和一個空位。利用這個空位的內在性質可以形成一個相干量子態(tài)。它甚至可以和其他空位糾纏——這有點像相干性，但與無法確定描述單個粒子不同的是，多個粒子可以被歸到同一個數(shù)學體系中，并且無法在缺少彼此的情況下被描述。

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