麻省理工学院和剑桥大学的研究人员已经构建并测试了一种非常小的设备，可以快速、有效地远距离传输量子信息。
该装置的关键是由金刚石制成的“微芯片”，其中金刚石的一些碳原子被锡原子取代。该团队的实验表明，该设备由光携带量子信息的波导组成，解决了一个阻碍大型可扩展量子网络到来的悖论。
量子比特或量子比特形式的量子信息很容易被环境噪声破坏，从而破坏信息。因此，一方面，希望量子比特不会与环境强烈交互。然而，另一方面，这些量子比特需要与光或光子强烈相互作用，这是远距离传输信息的关键。
麻省理工学院和剑桥大学的研究人员通过共同整合两种不同类型的量子比特来实现这两种量子比特，这些量子比特协同工作以保存和传输信息。此外，该小组报告说，该信息的传输效率很高。
“这是关键的一步，因为它证明了在微芯片中集成电子和核量子比特的可行性。这种集成满足了在保持与光子的强相互作用的同时长距离保存量子信息的需求。这是通过剑桥大学和麻省理工学院团队的优势相结合而实现的，“麻省理工学院电气工程与计算机科学系副教授兼麻省理工学院团队负责人Dirk Englund说。Englund还隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。
剑桥大学团队负责人Mete Atatüre教授说：“这些结果是两个研究团队多年来密切合作的结果。很高兴看到理论预测、器件制造和新型量子光学控制的实现在一项工作中相结合。
该研究成果发布在《自然光子学》杂志上。
在量子尺度上工作
计算机位可以被认为是具有两种不同物理状态的任何东西，分别表示零和一。在量子力学这个奇怪的超小世界中，量子比特“具有额外的特性，即它不仅处于这两种状态中的一种，而且可以处于这两种状态的叠加状态。因此，它可以同时处于这两个州，“马丁内斯说。与传统计算相关的多个量子比特相比，纠缠或相互关联的多个量子比特可以共享更多的信息。因此，量子计算机的潜在力量。
量子比特有很多种，但有两种常见的类型是基于自旋，或电子或原子核的旋转。新设备涉及电子和核量子比特。
旋转的电子或电子量子比特非常擅长与环境相互作用，而原子的旋转原子核或核量子比特则不然。 “我们将一个以轻松与光交互而闻名的量子比特与一个以非常孤立而闻名的量子比特结合起来，从而可以长时间保存信息。通过将这两者结合起来，我们认为我们可以两全其美，“马丁内斯说。
它是如何工作的?“在钻石中嗖嗖作响的电子可能会卡在锡缺陷处，”哈里斯说。然后，这个电子量子比特可以将其信息传输到旋转的锡核，即核量子比特。
“我喜欢用的类比是太阳系，”哈里斯继续说道。“你有太阳在中间，那是锡核，然后你让地球绕着它转，这就是电子。我们可以选择在地球自转的方向上存储信息，这就是我们的电子量子比特。或者我们可以将信息存储在太阳的方向上，太阳绕着自己的轴旋转。这就是核量子比特。
一般来说，光通过光纤将信息传输到新设备，其中包括一堆微小的金刚石波导，每个波导都比人类头发小约1000倍。因此，一些设备可以充当控制量子互联网中信息流的节点。
Nature Photonics中描述的工作涉及使用一种设备进行实验。“然而，最终，微芯片上可能会有数百或数千个这样的芯片，”马丁内斯说。在 2020 年发布在《自然》杂志上的一项研究中，麻省理工学院的研究人员，包括几位现任作者，描述了他们对能够实现设备大规模集成的架构的愿景。
哈里斯指出，他的理论工作预测了锡核和传入的电子量子比特之间的强烈相互作用。“它比我们预期的要大十倍，所以我认为计算可能是错误的。然后剑桥团队过来测量了它，很高兴看到这个预测得到了实验的证实。
马丁内斯对此表示赞同，他说：“理论和实验最终让我们相信确实发生了。
