哈佛大學(xué)的科研團隊通過研制納米金剛石線設(shè)備，在量子科技領(lǐng)域又邁出了可喜的一步。

      該新型設(shè)備能夠在室溫下提供穩(wěn)定、明亮的單光子來源；這是在光應(yīng)用中進行安全快速計算的基本要素之一。

      該研究成果使得納米結(jié)構(gòu)的金剛石設(shè)備在量子通信和計算方面的應(yīng)用提高到了一個新的水準(zhǔn)，同時也有望在生化傳感和科學(xué)成像方面大顯身手。

      該研究發(fā)表在Nature Nanotechnology雜志上；哈佛大學(xué)電子工程系的助教Marko Loncar稱，光束雖有發(fā)光缺陷，但通過金剛石納米結(jié)構(gòu)化和嵌入金剛石納米線的辦法，單光子源在金剛石上的物理性能可以得到極大改善。

      在了解到如何利用與寶石氮空位色心相關(guān)的電子自旋和內(nèi)角動量等知識后，科學(xué)家們便著手研究天然金剛石的特性。通過對光線的利用，量子狀態(tài)可以得到初始化和測量。

      色心通過發(fā)射、吸收量子來完成“通信交流”。來自色心的量子流為由此產(chǎn)生的信息提供了流通渠道；這使得量子控制、獲取和存儲對于任何形式的通信或計算有著重要作用。然而，有效地聚集量子并非易事，因為色心被嵌入在金剛石的深處。

      “擺在我們面前的主要問題就是，如果想連接一個色心并將其整合應(yīng)用到一個現(xiàn)實應(yīng)用中，就必須找到色心在發(fā)射、獲取量子過程中所流失的那一部分，缺失的這一部分正是微觀納米世界里的色心和宏觀世界里的光纖以及光鏡的連接口。”Loncar說。

      納米金剛石線為探究單個的色心提供了更自然、更高效的接口方案；這種設(shè)備使色心更加明亮，同時也增強了色心的靈敏度。相比較于自然金剛石設(shè)備，由此產(chǎn)生的增強型光學(xué)特性極大地提高了光子收集的效率。

      在SEAS工作的研究生兼項目合作者Tom Babinec說：“這種納米線設(shè)備能夠引導(dǎo)發(fā)射出的量子，使之處于一種方便做研究的方式和狀態(tài)。”

      此外，科學(xué)家們設(shè)計金剛石納米線也是為了解決“美國國家先進系統(tǒng)”項目中的一些難題，諸如熒光染料分子、量子點和納米碳管等；因為該設(shè)備容易復(fù)制，并能整合應(yīng)用到各種納米加工材料中去，其科研前景十分廣闊。

      研究者利用自頂向下的納米加工技術(shù)將色心嵌入各種加工結(jié)構(gòu)中；通過創(chuàng)造大型設(shè)備排列，基于并行設(shè)備整合和處理的量子網(wǎng)絡(luò)和量子系統(tǒng)將更快地成為現(xiàn)實。

      Loncar稱，該設(shè)備是研究取得的重要進步，它使得納米技術(shù)跟實用光學(xué)系統(tǒng)更近了一步。借助這些人工合成的納米金剛石，將來我們大有可能在量子學(xué)和量子技術(shù)以及傳感、成像技術(shù)方面研制出更先進的金剛石設(shè)備和系統(tǒng)。

      以上研究得到了美國國家科學(xué)基金會NSF、哈佛大學(xué)納米科學(xué)工程中心、美國國防部高級研究計劃局以及國防科學(xué)與工程研究獎學(xué)金的支持和贊助。所有相關(guān)設(shè)備都由哈佛大學(xué)納米系統(tǒng)中心CNS制造提供。 （ 編譯自Science Daily；翻譯：王現(xiàn)）