可调谐的钻石弦改善量子记忆

时间：2021-07-21 09:52:20 来源：

电极拉伸钻石弦以增加电子敏感的原子振动的频率，就像拉紧吉他弦会增加弦的频率或音高一样。这种张力使量子位的环境安静了下来，并将内存从数十纳秒提高到了数百纳秒，这足以在量子芯片上进行许多操作。（第二湾影城/哈佛SEAS）

量子互联网保证了完全安全的通信。但是，使用量子位或量子位来承载信息需要一种全新的硬件-量子存储器。这种原子级设备需要存储量子信息，并将其转换为光以通过网络传输。

这种观点的主要挑战是，量子位对环境非常敏感，即使附近原子的振动也会破坏其记忆信息的能力。到目前为止，研究人员已经依靠极低的温度来消除振动，但是，对于大规模量子网络而言，要达到这些温度是非常昂贵的。

现在，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和剑桥大学的研究人员开发了一种量子记忆解决方案，该方案与调音吉他一样简单。

研究人员设计出了可调整的钻石弦，以使量子位的环境安静下来，并将内存从数十纳秒提高到数百纳秒，这足以在量子芯片上进行许多操作。

“钻石中的杂质已经成为量子网络的有希望的节点，” SEAS的Tiantsai Lin教授，该研究的高级作者Marko Loncar说。“但是，它们并不完美。某些杂质确实很擅长保留信息，但是很难沟通，而其他杂质确实是很好的沟通者，但会遭受内存丢失的困扰。在这项工作中，我们采用了后一种，并将内存提高了十倍。”

这项研究发表在《自然通讯》上。

钻石中的杂质（称为硅空位色心）是强大的量子位。捕获在中心的电子充当存储位，并且可以发出红光的单个光子，而红光又将充当量子互联网的长距离信息载体。但是，随着钻石晶体中附近原子的随机振动，中心的电子迅速忘记了要求记住的任何量子信息。

SEAS的研究生，论文的第一作者，作者Srujan Meesala说：“在色心中成为电子就像在一个喧闹的市场上学习一样。”“周围有所有这些噪音。如果您想记住任何事情，则需要让人群保持安静，或者找到一种方法来消除噪音。我们做了后者。”

为了改善在嘈杂环境中的记忆力，研究人员将容纳色心的钻石晶体雕刻成细绳，细绳大约1微米宽（比一束头发还要细一百倍），并在两边连接电极。通过施加电压，菱形弦会拉伸并增加电子敏感的振动频率，就像拉紧吉他弦会增加弦的频率或音高一样。

“通过在弦上产生张力，我们增加了电子敏感的振动的能量尺度，这意味着它现在只能感觉到非常高的能量振动，” Meesala说。“这个过程有效地将晶体周围的振动转变为无关的背景嗡嗡声，使空位内部的电子舒适地保持数百纳秒的信息，这在量子尺度上可能是很长的时间。”这些可调的钻石弦的交响曲可以作为未来量子互联网的骨干。

接下来，研究人员希望将量子位的内存扩展到毫秒，这将使成千上万的运算和长距离量子通信成为可能。

哈佛技术发展办公室已经保护了与该项目有关的知识产权，并正在探索商业化机会。

出版物：Young-Ik Sohn等人，“通过应变环境控制钻石自旋量子比特的相干性”，《自然通讯》，第9卷，文章编号：2012（2018）doi：10.1038 / s41467-018-04340-3

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