有瑕疵的鑽石有望用於存儲量子數據

   目前科學家已經找到處理鑽石晶體裡的原子的新方法，因此他們能把信息儲存在鑽石裡，把它當成量子存儲器使用。在傳統電腦和量子電腦中，數據由處於0或1狀態的二進制數位表示。但是量子電腦還有一個特別「技巧」。它們能夠利用一種被稱為「疊合態」的模糊的量子機制概念。

    該概念是指一個量子系統(如電子的自旋方向)在其可能的所有狀態上同時存在，直至該系統被測量或被觀察。例如，一個量子比特，或稱一個「量子點」並非簡單的1或0，而可以是1/3偏向1、2/3偏向0的狀態，或者任何其他組合。當這個模糊的量子比特被應用到邏輯運算中時，從本質上說，電腦可同時計算出所有可能的結果。物理學家利用這種量子數據可以更加安全地傳輸信息，他們希望最終能研製出量子電腦，借助它解決利用當前技術無法解決的問題。

    在研發這種量子存儲器時，理想的鑽石並不是蒂芙尼公司或哈利·威斯頓鑽石公司生產的。因為鑽石裡的瑕疵是這項技術取得成功的關鍵。加州大學聖巴巴拉分校的戴維·艾維薩洛姆說：「令人感到有些吃驚的是，盡善盡美的鑽石並不是這項技術所需要的。量子電腦要想取得成功，我們需要瑕疵。」鑽石裡最常見的瑕疵是氮，它使鑽石呈現黃色。當氮原子位於碳晶體裡的空腔附近時，這種入侵元素提供的一個額外電子會進入空腔。幾年前，科學家掌握了利用微波能改變這種電子的自旋模式，讓它們像量子點一樣產生作用的方法。為了尋找儲存量子信息的更穩定方式，艾維薩洛姆現在已經找到讓電子自旋與附近的氮核子自旋產生互動的方法。這種轉變是由磁場引發的，與把信息儲存在隨機存取存儲器裡所需的時間相比，它的速度更快，只需大約一千億分之一秒。

    3月22日，艾維薩洛姆在達拉斯舉行的美國物理學會會議上說，該技術的「精確度高達85%到95%」。與之相比，其他一些正在研發的量子系統需要在接近絕對零度的環境下工作，而這種鑽石存儲器可在室溫環境下工作。通過向鑽石裡發射激光，可以改變和檢測它裡面的自旋模式。有了這項技術，鑽石將成為研發納米光子系統(旨在移除或把信息儲存在光「囊」裡)的科學家的新寵。與鑽石不同，這種量子存儲器並不是永恆不變的。但是從量子標準來看，它能持續很長時間。原子核自轉的持續時間已經超過1毫秒，最終這一時間有可能會延長到數秒。

    美國加利福尼亞州聖荷西IBM阿爾瑪登研究中心的物理學家塞巴斯蒂安·洛思說：「只要具有連貫性，你就能創造量子戲法。如果你有一生的毫秒，你就能進行數百萬次操作。」鑽石除了穩定性更好以外，它或許還能克服量子電腦面臨的另一個障礙。艾維薩洛姆利用激光向一個網狀物裡輸入數千個原子，用來在鑽石裡產生傳統氮原子模式，去年該研究成果發表在《納米快報》裡。艾維薩洛姆的鑽石量子存儲器可能還對創建大型量子網絡有好處。當前人們利用量子點傳輸量子信息，傳輸距離僅局限在數公里範圍內。量子中繼器或許能利用小型鑽石芯片捕捉、儲存和轉發信息，擴大信息傳輸範圍，使量子網能在更大區域內產生作用。