新型“量子鉆石”或?qū)⒃诹孔踊ヂ?lián)網(wǎng)中發(fā)揮巨大作用

• 2018年7月11日 ZhangHongYuan來源：新浪科技 851 52
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  2018-2023年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場調(diào)研與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告

  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是鏈接工業(yè)全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈，支撐工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合所形成的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、從虛擬經(jīng)濟(jì)...

在一項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家將一些碳原子替換成硅原子，制造出了具有硅空位的鉆石，或許未來將應(yīng)用在量子系統(tǒng)中。

北京時(shí)間7月11日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，“鉆石恒久遠(yuǎn)”是一句膾炙人口的廣告語，但除此之外，鉆石還具有許多奇怪的特性?，F(xiàn)在，一種含有雜質(zhì)的鉆石或許將在未來的量子技術(shù)——甚至是量子互聯(lián)網(wǎng)——中發(fā)揮巨大的作用。

聽起來這似乎是無稽之談，那讓我們從頭講起。鉆石是碳元素組成的晶體，每個(gè)碳原子與相鄰的4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，緊密聯(lián)系在一起。科學(xué)家通過將鉆石中的一些碳原子替換成氮原子，發(fā)現(xiàn)了一些有趣的用途，比如制造一個(gè)時(shí)間晶體(time crystal)。在一項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家將一些碳原子替換成硅原子，制造出了具有硅空位的鉆石，或許未來將應(yīng)用在量子系統(tǒng)中。

“通過細(xì)致的材料工程學(xué)方法，我們得以揭示SiV0鉆石高度連貫的光學(xué)和自旋特性，”研究作者、普林斯頓大學(xué)助理教授Nathalie de Leon寫道。他們的研究結(jié)果發(fā)表在近期的《科學(xué)》(Science)雜志上?；旧?，這些鉆石具有的特性使它們能用于量子計(jì)算機(jī)的相互連接。

當(dāng)我們提到“量子”時(shí)，基本上就意味著“服從量子力學(xué)的奇怪規(guī)則”。首先請思考自旋的屬性。電子可以向上或向下旋轉(zhuǎn)，就像一個(gè)棋子可以是紅色或黑色。如果把你的眼睛蒙上，再遞給你一個(gè)棋子，此時(shí)你并不會(huì)知道它是什么顏色;但在理論上，如果你知道放棋子的袋子的所有細(xì)節(jié)，并了解別人伸手到袋子里的方式，你或許就能猜出棋子是什么顏色。

然而，電子的自旋就不是這樣了，它具有自己的運(yùn)作方式。如果它是量子，你可以從字面上了解關(guān)于一個(gè)系統(tǒng)的所有信息，但依然不知道電子是向上還是向下自旋。這就是相干態(tài)，通常被翻譯成電子同時(shí)向上和向下自旋。這種相干性很容易用數(shù)學(xué)方法解釋，但很難在物理上構(gòu)建，因?yàn)閬碜酝饨绲臉O微小擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致粒子在旋轉(zhuǎn)中上升和下沉。

用氮原子替換了碳原子的鉆石在晶格中具有一個(gè)剩余電子和一個(gè)空位。利用這個(gè)空位的內(nèi)在性質(zhì)可以形成一個(gè)相干量子態(tài)。它甚至可以和其他空位糾纏——這有點(diǎn)像相干性，但與無法確定描述單個(gè)粒子不同的是，多個(gè)粒子可以被歸到同一個(gè)數(shù)學(xué)體系中，并且無法在缺少彼此的情況下被描述。

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