美國(guó)兩個(gè)獨(dú)立的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)解決了制造實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的重大挑戰(zhàn)。一個(gè)研究小組發(fā)明了一種讀取超導(dǎo)量子比特(量子位)的新方法，而另一個(gè)研究小組則提出了一種新的方法來獲得金剛石中的自旋量子比特以便相互作用。

       任何可行的量子計(jì)算機(jī)都需要孤立的量子態(tài)，它可以在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)信息量子比特。這些量子位必須能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間相互作用，以便能夠處理信息并讀出結(jié)果。正是這些經(jīng)常相互沖突的要求使得制造一臺(tái)實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)變得非常困難。

       在《科學(xué)》雜志的第二篇論文中，哈佛大學(xué)的Mikhail Lukin及其同事使用金剛石中的兩個(gè)硅空位中心作為兩個(gè)量子比特。當(dāng)金剛石晶格中的兩個(gè)相鄰碳原子被一個(gè)硅原子取代時(shí)，硅空位中心就產(chǎn)生了。硅的自旋產(chǎn)生了良好的量子位，因?yàn)樗c電噪聲隔離，但在某些頻率下與光相互作用。

       挑戰(zhàn)在于讓兩個(gè)硅空位中心彼此交互。該團(tuán)隊(duì)將兩個(gè)硅空位中心放置在一個(gè)光腔中，這極大地增加了它們相互作用的可能性：“兩個(gè)硅空位中心在黑暗的房間里有點(diǎn)像兩個(gè)人試圖用昏暗的手電筒向?qū)Ψ桨l(fā)送莫爾斯碼信號(hào)，”哈佛大學(xué)Ruffin Evans解釋道。“如果你通過在每個(gè)墻壁上背靠背放置鏡子來形成一個(gè)空腔，那么光線就會(huì)來回反射，讓人們有更多的機(jī)會(huì)看到信號(hào)。”當(dāng)調(diào)諧到相同頻率的共振時(shí)，兩個(gè)硅空位中心通過相互作用混合形成超輻射“亮”狀態(tài)和非輻射“暗”狀態(tài)。

       創(chuàng)建兩個(gè)相互作用的量子位并不是什么新鮮事。其他研究人員已經(jīng)更進(jìn)一步，使用不同的量子比特技術(shù)創(chuàng)建了工作的量子邏輯門。Evans解釋說:“我們工作的創(chuàng)新之處在于，即使光和物質(zhì)之間的相互作用通常非常微弱，我們?nèi)匀荒軌蚶霉庠谶@兩個(gè)硅空位中心之間創(chuàng)造一種相互作用。下一步是利用這種相互作用來創(chuàng)建一個(gè)真正的量子門。這樣一個(gè)設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)該自然地有助于創(chuàng)建一個(gè)“量子互聯(lián)網(wǎng)”，使用基于光子的量子位元通過光纖進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。

       加拿大卡爾加里大學(xué)的巴里·桑德斯告訴《物理世界》雜志，他認(rèn)為，如果可以提高測(cè)量保真度，那么McDermott小組的工作可能直接應(yīng)用于量子計(jì)算。他說:“超導(dǎo)電路通常被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)可伸縮量子計(jì)算最有希望的方向，但一個(gè)很大的缺點(diǎn)一直是缺乏單光子檢測(cè)。”“這是一個(gè)很棒的計(jì)劃，在我看來是可行的。”

       金剛石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨(dú)一無二的特性，但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在，其性質(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應(yīng)用。而洛陽(yáng)譽(yù)芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學(xué)性能集一身，且成本較天然金剛石低，能夠制備各種幾何形狀，在電子、光學(xué)、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。