量子力學中最有趣的現(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成了量子計算的基礎。這就是為什么近年來物理學家一直在尋找產生糾纏的技術。然而，這些技術面臨許多工程障礙，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(或等效的質子)的自旋狀態(tài)。
近日，包括名古屋市立大學松本隆弘教授、中央大學杉本秀彥教授、原子能廳大原隆博士、高能加速器研究機構池田進博士在內的科學家團隊，認識到需要穩(wěn)定的量子位。通過觀察表面自旋狀態(tài)，科學家們在硅納米晶體的表面發(fā)現(xiàn)了一對糾纏的質子。
首席科學家松本教授概述了他們研究的意義，“質子糾纏以前在分子氫中被觀察到，并在各種科學學科中發(fā)揮著重要作用。然而，纏結狀態(tài)僅在氣相或液相中發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在，我們已經在固體表面上檢測到量子糾纏，這可以為未來的量子技術奠定基礎。”他們的開創(chuàng)性研究發(fā)表在最近一期的《物理評論 B》上。
科學家們使用一種稱為“非彈性中子散射光譜”的技術研究了自旋態(tài)，以確定表面振動的性質。通過將這些表面原子建模為“諧振子”，他們展示了質子的反對稱性。由于質子是相同的(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)，導致強糾纏。與分子氫中的質子糾纏相比，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，科學家們在理論上證明了使用質子糾纏的太赫茲糾纏光子對的級聯(lián)躍遷。
與現(xiàn)代的硅技術質子量子位的合流可能導致的經典和量子計算平臺的有機結合，使量子位中的一個更大的數(shù)(106比目前可用(10)，2)，用于新超級計算應用程序和超高速處理.“量子計算機可以處理復雜的問題，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，甚至可能導致制藥、數(shù)據(jù)安全和許多其他領域的范式轉變，”樂觀的松本教授總結道。
標簽： 納米晶硅
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