量子力學(xué)中最有趣的現(xiàn)象之一是“量子糾纏”。這種現(xiàn)象描述了某些粒子是如何密不可分的，以至于它們的狀態(tài)只能相互參照來描述。這種粒子相互作用也構(gòu)成了量子計算的基礎(chǔ)。這就是為什么近年來物理學(xué)家一直在尋找產(chǎn)生糾纏的技術(shù)。然而，這些技術(shù)面臨許多工程障礙，包括在創(chuàng)建大量“量子位”(量子位，量子信息的基本單位)方面的限制、需要保持極低的溫度 (<1 K)，以及使用超純材料。表面或界面對于量子糾纏的形成至關(guān)重要。不幸的是，被限制在表面的電子容易“退相干”，兩種不同狀態(tài)之間沒有確定的相位關(guān)系的條件。因此，為了獲得穩(wěn)定、相干的量子位，必須確定表面原子(或等效的質(zhì)子)的自旋狀態(tài)。
近日，包括名古屋市立大學(xué)松本隆弘教授、中央大學(xué)杉本秀彥教授、原子能廳大原隆博士、高能加速器研究機構(gòu)池田進博士在內(nèi)的科學(xué)家團隊，認識到需要穩(wěn)定的量子位。通過觀察表面自旋狀態(tài)，科學(xué)家們在硅納米晶體的表面發(fā)現(xiàn)了一對糾纏的質(zhì)子。
首席科學(xué)家松本教授概述了他們研究的意義，“質(zhì)子糾纏以前在分子氫中被觀察到，并在各種科學(xué)學(xué)科中發(fā)揮著重要作用。然而，纏結(jié)狀態(tài)僅在氣相或液相中發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在，我們已經(jīng)在固體表面上檢測到量子糾纏，這可以為未來的量子技術(shù)奠定基礎(chǔ)。”他們的開創(chuàng)性研究發(fā)表在最近一期的《物理評論 B》上。
科學(xué)家們使用一種稱為“非彈性中子散射光譜”的技術(shù)研究了自旋態(tài)，以確定表面振動的性質(zhì)。通過將這些表面原子建模為“諧振子”，他們展示了質(zhì)子的反對稱性。由于質(zhì)子是相同的(或無法區(qū)分的)，振蕩器模型限制了它們可能的自旋狀態(tài)，導(dǎo)致強糾纏。與分子氫中的質(zhì)子糾纏相比，糾纏在其狀態(tài)之間具有巨大的能量差異，確保了其壽命和穩(wěn)定性。此外，科學(xué)家們在理論上證明了使用質(zhì)子糾纏的太赫茲糾纏光子對的級聯(lián)躍遷。
與現(xiàn)代的硅技術(shù)質(zhì)子量子位的合流可能導(dǎo)致的經(jīng)典和量子計算平臺的有機結(jié)合，使量子位中的一個更大的數(shù)(106比目前可用(10)，2)，用于新超級計算應(yīng)用程序和超高速處理.“量子計算機可以處理復(fù)雜的問題，例如整數(shù)分解和“旅行商問題”，而這些問題實際上是傳統(tǒng)超級計算機無法解決的。這可能會改變量子計算在存儲、處理和傳輸數(shù)據(jù)方面的游戲規(guī)則，甚至可能導(dǎo)致制藥、數(shù)據(jù)安全和許多其他領(lǐng)域的范式轉(zhuǎn)變，”樂觀的松本教授總結(jié)道。
標簽： 納米晶硅
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