小小磁鐵打開量子通訊大門  遙控打開電視不再連動打開周遭每台

編譯/高晟鈞

當你按下遙控器按鈕打開電視時,不會再連帶打開周遭其他每台電視。由美國能源部國家實驗室、芝加哥大學與日本東京大學所組成的研究團隊,近日已經開始使用磁鐵來實現量子位元的糾纏,將遙控器與電視使用特定的電波頻率進行通信。基於相同原理,研究團隊使用磁鐵而非空氣發送信號,並通過晶片連接各個量子位元。

研究團隊使用磁鐵而非空氣發送信號,當你按下遙控器按鈕打開電視時,不會再連帶打開周遭其他每台電視。(圖/截取自 Phys.org)

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連接量子位元的挑戰

透過量子糾纏連接量子位元對於建立量子電腦是必要的,但這並不容易。對於氮空位(用作量子位的缺陷)來說,為了彼此可以互相通信,它們彼此需要非常靠近(作用範圍通常只有幾奈米)。然而,對於量子電腦來說,當氮空位中心彼此如此靠近的情況下,它們難以被設計成有用的配置。

磁鐵如何發揮作用

兩個氮空位中心建立的量子連接主要涉及微波。在此例中,研究團隊提出用磁性材料建立兩個氮空位中心的量子連接。其原理是透過磁鐵扮演類似基地台的功用,它會接收來自氮空位中心的微波,並透過磁振子傳輸到到另一頭。

由於在磁鐵中,其內部所有電子的自旋都指向同一方向,磁振子能透過這些自旋產生的微波擾動,進行信號的傳播。磁振子傳遞的距離可以達微米──許多電子晶片整合的典型尺度。

與磁鐵的對話

就像前文提到的電視與遙控器間的特定頻率通信關係一樣,氮空位中心與磁鐵的連接可以實現選擇性的互動。簡單來說,當量子電腦中的兩個位元以些微不同的頻率通話時,他們可以在不受其他位元影響的情況下,實現特定的量子糾纏。這種能力對於量子電腦精確地執行複雜任務有著重要幫助。

此研究是第一個將磁鐵量子位元通信理論實現的研究,研究團隊的下一步將放在磁鐵如何調解兩氮空位中心的量子連接。

資料來源:Phys.org

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