量子計算機和量子通訊是突破性的技術，與傳統計算機相比，它們能夠實現更快、更安全的資料處理和傳輸。 在量子計算機中，量子位元是資訊的基本單位，其功能相當於經典計算中的量子力學位元。
鑽石量子位元的精確控制是量子計算機發展的重要一步。 資料來源：Ioannis Karapatzakis，KIT
例如，在經典數字通訊中，玻璃纖維中的鐳射脈衝將資訊從 A 傳輸到 B，而量子力學則使用單個光子。 原則上，這樣就不可能截獲傳輸的資料。 可光學定址的量子位（可以用光控制或讀出）適合在量子計算機中儲存光子資訊並進行處理。 量子位可以儲存和處理量子態，並以光子的形式吸收和發射量子態。
量子位元開發的一大挑戰是延長相干時間，即量子位元能夠穩定儲存資訊的時間。 能否控制量子位元並使其保持足夠的穩定性，以便在實際應用中利用它們的特性，對於開發高效和可擴充套件量子計算機的可行性至關重要。
在 KIT 物理研究所，博士研究員 Ioannis Karapatzakis 和 Jeremias Resch 研究瞭如何精確控制鑽石中的一種特殊缺陷，即錫-空位（SnV）中心。 他們的工作是德國聯邦教育與研究部資助的兩個專案的一部分： 這兩個專案分別是：用於安全光纖量子通訊的QuantumRepeater.Link（QR.X）專案和旨在開發基於金剛石自旋光子的量子計算機的SPINNING專案。
Karapatzakis說："鑽石碳原子晶格結構中的原子缺失或被錫等其他原子取代時，就會出現缺陷。 這種缺陷可以用作量子通訊的量子位元，因為它們具有特殊的光學和磁學特性，可以用光或微波操縱它們的電子自旋等狀態。 這些缺陷可以用作穩定的量子位元，用於儲存和處理資訊，並與光子耦合。"
金剛石量子位元具有存在於固相中的優勢，因此比其他量子材料（如真空中的原子）更容易操作。 Karapatzakis 和 Resch現在能夠利用微波精確地、可觀察地控制錫空穴中心量子位元的電子自旋，將鑽石錫-空穴中心的相干時間延長到 10 毫秒，這是一項重大改進。
他們透過動態解耦實現了這一點，從而在很大程度上抑制了干擾。 研究人員的研究成果還有一個特別之處，那就是他們首次成功地證明了這種型別的金剛石缺陷可以透過超導波導得到非常有效的控制，超導波導可以有效地將微波輻射引向缺陷，而不會產生熱量。
"這一點非常重要，因為這些缺陷通常是在接近絕對零度的極低溫度下進行研究的。 更高的溫度會使量子位元失去作用，"卡拉帕特扎基斯說。
Resch指出："為了在兩個使用者之間或（以後）兩個量子計算機之間建立通訊，我們需要將量子位元的量子態轉移到光子上。透過對量子位元進行光讀取並獲得穩定的光譜特性，我們在這個方向上邁出了重要的一步。 因此，我們在控制鑽石中的錫空穴中心方面取得的成果為未來安全高效量子通訊的發展提供了重要突破的可能性。"
編譯自/SciTechDaily
