德國科學(xué) 家首次將擁有特殊光學(xué)特性的鉺原子集成到硅晶體內，這些原子可通過(guò)通信領(lǐng)域常用的光連接起來(lái)，使其成為未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò )的理想構建塊。最新實(shí)驗結果在沒(méi)有復雜 冷卻的條件下獲得，且基于現有硅半導體生產(chǎn)工藝，因此適用于構建大型量子網(wǎng)絡(luò )。相關(guān)研究刊發(fā)于最新一期《物理評論X》雜志。
量子網(wǎng)絡(luò )可通過(guò)使用光讓量子信息的各個(gè)載體——量子比特相互糾纏來(lái)實(shí)現，而量子比特可由相互隔離并嵌入主晶體中內的單個(gè)原子構建。在最新研究中，來(lái)自馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所和慕尼黑技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家展示了一種利用嵌入硅晶體內的原子構建量子網(wǎng)絡(luò )的可行方法。
最新技術(shù)依賴(lài)于在特定條件下注入硅晶格的鉺原子。研究表明，鉺具有良好的光學(xué)性能，其原子發(fā)射出的紅外光波長(cháng)約為1550納米，位于光纖電纜中傳輸數據的 光譜范圍，且鉺在光導纖維中傳播時(shí)損耗較低。此外，鉺發(fā)出的光具有極好的相干性，這是實(shí)現量子信息存儲和傳輸的先決條件。這些特性使鉺成為實(shí)現量子計算機 或在量子網(wǎng)絡(luò )中用作信息載體的首選。
但面臨的巨大挑戰是必須以可重復的方式將鉺的各個(gè)原子嵌入硅晶體基質(zhì)內，并將其固定在特定位置。為此，研究人員首先賦予鉺原子納米級精細結構，然后用鉺離子束照射硅，使單個(gè)原子在高溫下穿透并分散到硅晶體內不同地方。
相對溫和的溫度使各個(gè)鉺原子在晶格中穩定地“各就各位”，而非聚集在一起。而且，在此前實(shí)驗中，鉺原子在絕對零度（零下273.15攝氏度）附近表現出優(yōu) 異光學(xué)特性，但最新研究中，科學(xué)家在約8開(kāi)爾文（零下265.15攝氏度）觀(guān)察到了這些特性，這樣的溫度在技術(shù)上很容易實(shí)現，也為未來(lái)的應用鋪平了道路。