物理学家在钻石内部传送量子信息

2022-02-23 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:556 /
内容摘要:
日本横滨国立大学的一组物理学家成功演示了量子隐形传态& # 8212;量子态的远程交换& # 8212;在钻石里。金刚石的晶格结构包含一个氮空位中心,周围有碳核自旋;碳同位素13C(绿色)首先与空位中的电子(蓝色)纠缠,然后电子等待光子(红色)吸收,导致基于量子隐形传态的光子状态......

日本横滨国立大学的一组物理学家成功演示了量子隐形传态& # 8212;量子态的远程交换& # 8212;在钻石里。

The lattice structure of diamond contains a nitrogen-vacancy center with surrounding carbon nuclear spins; the carbon isotope 13C (green) is first entangled with an electron (blue) in the vacancy, which then wait for a photon (red) to absorb, resulting in quantum teleportation-based state transfer of the photon into the carbon memory. Image credit: Tsurumoto et al, doi: 10.1038/s42005-019-0158-0.

金刚石的晶格结构包含一个氮空位中心,周围有碳核自旋;碳同位素13C(绿色)首先与空位中的电子(蓝色)纠缠,然后电子等待光子(红色)吸收,导致基于量子隐形传态的光子状态转移到碳存储器中。影像学分:Tsurumoto等,doi: 10.1038/s42005-019-0158-0。

“量子隐形传态是量子信息技术的一个关键原理。它允许将量子信息转移到一个原本无法进入的空间,”这项研究的资深作者Hideo Kosaka教授说。

“它还允许将信息传输到量子存储器中,而不会泄露或破坏存储的量子信息。”

在这种情况下,无法进入的空间由钻石中的碳原子组成。钻石由相连但独立的碳原子组成,拥有量子隐形传态的完美成分。

一个碳原子在其原子核中含有六个质子和六个中子,周围有六个旋转的电子。当原子结合成钻石时,它们形成了出了名的强晶格。

然而,当一个氮原子存在于碳原子应该存在的两个相邻空位之一时,钻石就有复杂的缺陷。这个缺陷被称为氮空位中心。

氮原子的原子核结构被碳原子包围,产生了物理学家所说的纳米磁体。

为了操纵空位中的一个电子和一个碳同位素,科萨卡教授和他的同事将一根大约人类头发四分之一宽的金属丝附着在钻石表面。

研究人员在金属丝上施加微波和无线电波,在钻石周围形成振荡磁场。

他们对微波进行整形,为钻石内部量子信息的传输创造最佳的可控条件。

然后他们用氮纳米磁体固定一个电子。

利用微波和无线电波,他们迫使电子自旋与碳核自旋纠缠在一起& # 8212;电子和碳原子原子核的角动量。

电子自旋在纳米磁体产生的磁场下分解,使其变得容易纠缠。

一旦这两个部分纠缠在一起,这意味着它们的物理特性是如此的纠缠在一起,以至于无法单独描述,于是应用了一个保存量子信息的光子,电子吸收了光子。

这种吸收允许光子的偏振态转移到碳中,这是由纠缠电子介导的,证明了信息在量子水平上的隐形传送。

“另一个节点中光子存储的成功建立了两个相邻节点之间的纠缠。这个过程被称为量子中继器,可以在整个量子领域从一个节点到另一个节点获取单个信息块,”Kosaka教授说。

“我们的最终目标是实现用于长距离量子通信的可扩展量子中继器,以及用于大规模量子计算和计量的分布式量子计算机。”

研究结果发表在《通信物理学》杂志上。

_____

Kazuya Tsurumoto等人,2019年。基于量子隐形传态的金刚石中光子偏振态向碳自旋的转移。通信物理2,文章编号:74;doi: 10.1038/s42005-019-0158-0


标签:量子  传送  物理学家  钻石  在里面