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钻石中发现量子效应 为制作电脑芯片铺路

2013-08-28 14:23
黯影冰风
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        现实版的芝诺悖论在钻石中上演,这可以促进量子计算的发展

  ,科学家在钻石中发现了一种以古老的希腊谜题命名的量子效应,这为人们利用钻石晶体制作电脑芯片铺平了道路。

  “芝诺效应”因公元前五世纪的古希腊埃利亚哲学家芝诺得名。芝诺提出,如果把飞矢的位置按照特定的时间点来划分,那么在某一刻上它并不会运动,由于每一个时间点都不会动,所以飞矢永远不能到达终点,这就是著名的“飞矢不动悖论”。

  我们可以从量子力学的角度来研究飞矢悖论,在1977年物理学家就曾假定,如果以足够的次数经常性地测量一个量子系统,那么它将永远处于停滞状态,正如古语所云“水壶越看越不开”。这个假说有一个基本的量子学前提:测量一个物体的属性(比如位置)会影响其状态。

  现在,柏林洪堡大学的量子物理学家奥利弗·本森和他的同事在钻石中发现了这种效应,钻石可以更便利地用于大规模量子计算。

  物理学家观察钻石中的电子运动,格言“水壶越看越不开”的量子力学版在此上演

  扰乱的振幅

  研究人员重点关注了“氮-空位点”,这是钻石中的瑕疵,其中的氮原子和一个空位替换了两个相邻的碳原子。他们利用微波改变“氮-空位点”中电子的磁自旋状态,然后使用激光束诱发钻石中的红色荧光,借此观察电子的两种状态。当他们用这种方法测量氮-空位点时,两种状态之间的振幅被扰乱了,这跟“芝诺效应”所描述的一摸一样。

  本森说:“第一步是观察这个效应,第二步就是利用这个效应。”在量子计算中,信息以量子形态储存在光量子或钻石的瑕疵中。但是目前为止,受环境中的噪音干扰,钻石微妙的结构会发生“脱散”,研究人员无法一次性地在钻石中储存些许相互关联的量子信息。不断检测钻石状态可以让它们免受不可控因素的影响,研究人员可以借此拓展信息储存量。

  哈佛大学原子物理学家罗纳德·沃尔沃思和他的团队在2010年就曾经提出过假说,钻石中存在芝诺效应。但是在将其用于量子计算之前,我们必须搞清楚这种振幅扰乱到底是不是由量子效应引起的,还是说有其他因素在起作用。

  荷兰代尔夫特科技大学量子物理学家罗纳德·汉森专门研究氮-空位点,他认为本森的实验和他的论文都表明了氮-空位点中电子的自旋可以相互关联,这些都足以说明,钻石确实是一种适于量子计算的材料。他说:“在未来几年,我们就会解决这些问题。”

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