通過在金剛石基體中強力嵌入兩個硅原子，Sandia 實驗室的研究人員首次展示了用于建立一架連接量子計算機的一個單一芯片所需要的所有部件。相關(guān)論文發(fā)表在最新的《科學(xué)》雜志上。
　　「有人已經(jīng)建立了小型的量子計算機，」Sandia 的研究員 Ryan Camacho 說，「但是第一臺實用性的量子計算機或許不是大型的那種，而是由許多小型機連在一起的量子計算集群?！? 　　在一架橋或一個網(wǎng)絡(luò)上分布量子信息也可以形成全新的量子傳感形式，因為量子關(guān)聯(lián)允許網(wǎng)絡(luò)中所有的原子表現(xiàn)出貌似只有單個原子的狀態(tài)。
　　這項與哈佛大學(xué)合作的成果使用了一個聚焦離子束注入機（focused ion beam implanter），它由 Sandia實驗室 下的離子束實驗室設(shè)計，用于保證金剛石基板上的單離子爆破在精確位置。Sandia 的研究員 Ed Bielejec、 Jose Pacheco 與 Daniel Perry 使用注入的方式將金剛石的一個碳原子替換成較大的硅原子，擠壓任意一邊上兩個碳原子，讓它們逃離。這使得硅原子占有大部分空間，通過鄰近的非導(dǎo)電空缺來緩沖雜散電流。
　　即便這些硅原子被嵌入金剛石，它們的行為還是像在空氣中漂浮一般，因此它們的電子對量子刺激的反應(yīng)就不會被其他不需要的物質(zhì)所籠罩。
　　「我們完成的是將硅原子精準(zhǔn)放進(jìn)我們想要的位置點，」Camacho 說?！肝覀兛梢詣?chuàng)造出數(shù)千個注入點，都能產(chǎn)生出能夠工作的量子設(shè)備，因為我們將原子很好 注入了金剛石基板表面之下，并將它們就地退火。在此之前，研究員們必須在幾微米的金剛石基板上從大約 1000 個隨機出現(xiàn)的缺陷中搜到發(fā)射原子（emitter atoms）——非碳原子——哪怕是僅僅一個發(fā)射足夠強的，能在單光子水平上是有用?！?br /> 　　一旦這些硅原子被放置到金剛石基板中，激光產(chǎn)生的光子就會碰撞出硅電子，進(jìn)入下一個更高的原子能狀態(tài)；當(dāng)電子返回到較低的能量狀態(tài)時，因為所有的東西都尋求盡可能低的能量水平，他們噴出攜帶信息的并按照它們的頻率、密度和波的偏振來量化的光子。
　　「哈佛大學(xué)研究員做了這個實驗，同時也做了光學(xué)和量子的測量，」Camacho 說。「我們造出了這個全新的設(shè)備，并用聰明的辦法精確計算出有多少離子注入了金剛石基板。」
　　Sandia 的研究員 John Abraham 及其同事開發(fā)出的特殊的探測器——金剛石基板上的金屬薄膜，展示了通過測量單離子產(chǎn)生的電離信號成功實現(xiàn)了離子束注入。
　　論文：一個集成的金剛石納米量子光學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺（ An integrated diamond nanophotonics platform for quantum optical networks） 　　摘要：光子和量子發(fā)射器（quantum emitters）之間的有效接口構(gòu)成了量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，也使得在單光子水平上的光學(xué)非線性成為可能。我們展示了一個集成平臺，基于硅空位 （silicon-vacancy，SiV） 色心的可擴(kuò)展量子納米光子學(xué)耦合金剛石納米元件。通過取代金剛石光子晶體洞中的 SiV 中心，我們實現(xiàn)了通過單色心控制量子光學(xué)開關(guān)。我們使用 SiV 亞穩(wěn)態(tài)（metastable state）控制該開關(guān)，并在單光子水平上觀察光學(xué)開關(guān)。拉曼躍遷（Raman transitions ）被用來實現(xiàn)在金剛石波導(dǎo)中的可調(diào)頻率和帶寬的單光子源。通過測量難辨別的拉曼光子排放到單波導(dǎo)的強度相關(guān)性，我們觀測超輻射發(fā)射兩個糾纏 SiV 色心帶來的量子干涉效果。（本文由機器之心經(jīng)授權(quán)編譯，機器之心系今日頭條簽約作者，本文首發(fā)于頭條號）