有前途的配对科学家展示了用于量子科学的新材料组合

量子信息科学家一直在寻找获胜的材料组合，即可以在分子水平上进行操纵以可靠地存储和传输信息的材料。在最近的原理验证演示之后，研究人员正在向量子材料名册中添加一种新的化合物组合。

在 ACS Photonics 上报道的一项研究中，研究人员将两种纳米结构(一种由金刚石制成，另一种由铌酸锂制成)组合到一个单一的纳米结构上芯片。然后，他们将光从钻石发送到铌酸锂，并测量成功穿过它的光的比例。

该比例越大，材料的耦合效率就越高，并且作为量子设备中的组件配对的前景就越有希望量子设备。

结果：高达 92% 的光从钻石跃迁至铌酸锂。

该研究得到了美国能源部 (DOE) 国家量子信息科学研究中心 Q-NEXT 的部分支持，该中心由 DOE 的阿贡国家实验室领导。斯坦福大学的 Amir Safavi-Naeini 和 Jelena Vuckovic 领导了这项研究。

“该设备的效率达到 92%，这是一个令人兴奋的结果，”论文合著者、博士霍普·李 (Hope Lee) 说道。斯坦福大学的学生，也是芝加哥大学本科生期间与 Q-NEXT 总监 David Awschalom 共事的研究员。 “它展示了该平台的优势。”

关于量子位的一些知识

量子技术利用分子尺度上物质的特殊特征来处理信息。量子计算机、网络和传感器预计将对我们的医学、通信和物流等领域的生活产生巨大影响。

量子信息以称为量子比特的数据包形式传递，量子比特可以采用多种形式。在研究团队的新平台中，量子位以光粒子的形式传输信息。

可靠的量子位对于量子通信网络等技术至关重要。与传统网络一样，量子网络中的信息从一个节点传输到另一个节点。固定量子位在节点内存储信息;飞行的量子比特在节点之间携带信息。

研究团队的新芯片将构成固定量子位的基础。固定量子位越鲁棒，量子网络就越可靠，网络可以覆盖的距离就越远。跨越大陆的量子网络已经触手可及。

物质优势

长期以来，钻石一直被誉为量子位的理想家园。其一，可以轻松操纵钻石的分子结构来容纳固定量子位。另一方面，钻石托管的量子位可以将信息保存相对较长的时间，这意味着有更多的时间来执行计算。此外，使用钻石托管的量子位执行的计算表现出高精度。

Diamond 在该小组研究中的合作伙伴铌酸锂是处理量子信息方面的另一个明星产品量子信息.它的特殊特性使科学家能够改变穿过它的光的频率，从而为他们提供了多功能性。

例如，研究人员可以对铌酸锂施加电场或机械应变，以调整其传导光的方式。还可以翻转其晶体结构的方向。 定期执行此操作是塑造光线穿过材料的另一种方法。

“您可以利用铌酸锂的这些特性来转换和改变来自钻石的光，以可用于不同实验的方式对其进行调制，”论文合著者、博士杰森·赫尔曼 (Jason Herrmann) 说道。斯坦福大学的学生。 “例如，您基本上可以将光转换为现有通信基础设施使用的频率。因此铌酸锂的这些特性确实非常有益。”

强大的配对

传统上，来自钻石托管量子位的光被引导到光纤电缆或自由空间。在这两种情况下，实验装置都很笨重。光纤电缆又长又松软。将量子位传输到自由空间需要笨重的设备。

当来自钻石量子位的光被引导到铌酸锂中时，所有这些设备都会消失。几乎每个组件都可以放置在一个微小的芯片上。

“在单个芯片上拥有尽可能多的设备和功能是有优势的，”李说。 ”这样就更稳定了。它确实可以让您小型化您的设置。”

不仅如此，因为这两个设备是通过细丝(人类头发宽度的 1/100)连接的，所以量子光被挤压到通向铌酸锂的狭窄通道中，从而增加了光的强度。与材料的相互作用，使其更容易操纵光的属性。

“当所有不同的光粒子在如此小的体积中相互作用时，转换过程的效率就会高得多，”他说。赫尔曼说道。 “与光纤或自由空间的设置相比，能够在集成平台中做到这一点有望带来更高的效率。”

具有挑战性的装配

开发该平台的挑战之一是操纵宽度仅 300 纳米的金刚石，使其与铌酸锂对齐。

“我们必须用细小的针戳钻石，将其移动，直到它看起来明显位于盘子上的正确位置，”李说。 “这几乎就像你用小筷子戳它一样。”

测量传输的光是另一个艰苦的过程。

“我们必须真正确保我们考虑到所有光传输或损失的地方，以便能够说，‘这就是从钻石到铌酸锂的转化量，’” ”赫尔曼说道。 “校准测量花了很多来回才能确保我们做得正确。”

该团队正在计划进一步的实验，以分别或共同利用金刚石和铌酸锂提供的量子信息优势。他们的最新成功只是一个里程碑，他们希望基于这两种材料推出多样化的设备。

“通过将这两种材料平台放在一起，并将光线从一种材料引导到另一种材料，我们表明，你可以真正做到两全其美，而不是只使用一种材料。”李说。