金刚石材料对量子互联网等未来技术具有重要意义。特殊的缺陷中心可以用作量子比特(量子位),并发射被称为单光子的单个光粒子。为了在量子网络中以可行的通信速率实现长距离数据传输,所有光子都必须收集在光纤中并在不丢失的情况下传输,还必须确保这些光子都具有相同的颜色,即相同的频率,到目前为止,满足这些要求是不可能的。
德国科学家在全球范围内首次成功地产生和探测了量子光源发射的具有稳定光子频率的光子,或者更准确地说,来自金刚石纳米结构中的氮空位缺陷中心(Physical Review X,“金刚石纳米结构的光学相干氮空位缺陷”)。通过复杂纳米制造方法以及特定的实验控制协议实现的。通过结合这些方法,可以显著降低先前干扰数据传输的电子噪声,并以稳定的(通信)频率发射光子。
此外,来自德国的科学家们证明,在所开发的方法的帮助下,空间分离的量子系统之间目前的通信速率可以提高1000倍以上,这是迈向未来量子互联网的重要一步。
科学家们已经将单个量子位集成到优化的金刚石纳米结构中。这些结构的直径是人类头发的千分之一,可以将发射的光子直接转移到玻璃纤维中。然而,在纳米结构的制造过程中,材料表面在原子水平上受到损伤,自由电子为产生的光粒子产生不可控的噪声。与不稳定的射频相当的噪声会导致光子频率的波动,从而阻碍纠缠等量子操作的成功。
所用金刚石材料的一个特殊特征是其晶格中氮杂质原子的密度相对较高。这些可能会屏蔽量子光源,使其免受纳米结构表面的电子噪声的影响。“然而,未来需要更详细地研究确切的物理过程。”科学家们解释道,实验观测得出的结论得到了统计模型和模拟的支持,来自同一研究小组的科学家们正在与实验物理学家一起开发和实施这些模型和模拟。

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