通過在金剛石基體中強(qiáng)力嵌入兩個(gè)硅原子，Sandia 實(shí)驗(yàn)室的研究人員首次展示了用于建立一架連接量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)單一芯片所需要的所有部件。相關(guān)論文發(fā)表在最新的《科學(xué)》雜志上。
　　「有人已經(jīng)建立了小型的量子計(jì)算機(jī)，」Sandia 的研究員 Ryan Camacho 說，「但是第一臺實(shí)用性的量子計(jì)算機(jī)或許不是大型的那種，而是由許多小型機(jī)連在一起的量子計(jì)算集群?！? 　　在一架橋或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上分布量子信息也可以形成全新的量子傳感形式，因?yàn)榱孔雨P(guān)聯(lián)允許網(wǎng)絡(luò)中所有的原子表現(xiàn)出貌似只有單個(gè)原子的狀態(tài)。
　　這項(xiàng)與哈佛大學(xué)合作的成果使用了一個(gè)聚焦離子束注入機(jī)（focused ion beam implanter），它由 Sandia實(shí)驗(yàn)室 下的離子束實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，用于保證金剛石基板上的單離子爆破在精確位置。Sandia 的研究員 Ed Bielejec、 Jose Pacheco 與 Daniel Perry 使用注入的方式將金剛石的一個(gè)碳原子替換成較大的硅原子，擠壓任意一邊上兩個(gè)碳原子，讓它們逃離。這使得硅原子占有大部分空間，通過鄰近的非導(dǎo)電空缺來緩沖雜散電流。
　　即便這些硅原子被嵌入金剛石，它們的行為還是像在空氣中漂浮一般，因此它們的電子對量子刺激的反應(yīng)就不會(huì)被其他不需要的物質(zhì)所籠罩。
　　「我們完成的是將硅原子精準(zhǔn)放進(jìn)我們想要的位置點(diǎn)，」Camacho 說?！肝覀兛梢詣?chuàng)造出數(shù)千個(gè)注入點(diǎn)，都能產(chǎn)生出能夠工作的量子設(shè)備，因?yàn)槲覀儗⒃雍芎?注入了金剛石基板表面之下，并將它們就地退火。在此之前，研究員們必須在幾微米的金剛石基板上從大約 1000 個(gè)隨機(jī)出現(xiàn)的缺陷中搜到發(fā)射原子（emitter atoms）——非碳原子——哪怕是僅僅一個(gè)發(fā)射足夠強(qiáng)的，能在單光子水平上是有用?！?br /> 　　一旦這些硅原子被放置到金剛石基板中，激光產(chǎn)生的光子就會(huì)碰撞出硅電子，進(jìn)入下一個(gè)更高的原子能狀態(tài)；當(dāng)電子返回到較低的能量狀態(tài)時(shí)，因?yàn)樗械臇|西都尋求盡可能低的能量水平，他們噴出攜帶信息的并按照它們的頻率、密度和波的偏振來量化的光子。
　　「哈佛大學(xué)研究員做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也做了光學(xué)和量子的測量，」Camacho 說?！肝覀冊斐隽诉@個(gè)全新的設(shè)備，并用聰明的辦法精確計(jì)算出有多少離子注入了金剛石基板?！?br /> 　　Sandia 的研究員 John Abraham 及其同事開發(fā)出的特殊的探測器——金剛石基板上的金屬薄膜，展示了通過測量單離子產(chǎn)生的電離信號成功實(shí)現(xiàn)了離子束注入。
　　論文：一個(gè)集成的金剛石納米量子光學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺（ An integrated diamond nanophotonics platform for quantum optical networks） 　　摘要：光子和量子發(fā)射器（quantum emitters）之間的有效接口構(gòu)成了量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，也使得在單光子水平上的光學(xué)非線性成為可能。我們展示了一個(gè)集成平臺，基于硅空位 （silicon-vacancy，SiV） 色心的可擴(kuò)展量子納米光子學(xué)耦合金剛石納米元件。通過取代金剛石光子晶體洞中的 SiV 中心，我們實(shí)現(xiàn)了通過單色心控制量子光學(xué)開關(guān)。我們使用 SiV 亞穩(wěn)態(tài)（metastable state）控制該開關(guān)，并在單光子水平上觀察光學(xué)開關(guān)。拉曼躍遷（Raman transitions ）被用來實(shí)現(xiàn)在金剛石波導(dǎo)中的可調(diào)頻率和帶寬的單光子源。通過測量難辨別的拉曼光子排放到單波導(dǎo)的強(qiáng)度相關(guān)性，我們觀測超輻射發(fā)射兩個(gè)糾纏 SiV 色心帶來的量子干涉效果。（本文由機(jī)器之心經(jīng)授權(quán)編譯，機(jī)器之心系今日頭條簽約作者，本文首發(fā)于頭條號）