横滨国立大学研究人员实现在钻石内安全地传送量子信息，这项研究对量子信息技术（共享和存储敏感信息的未来）具有重大意义。其研究成果于2019年6月28日发表在《通信物理学》上。横滨国立大学工程学教授、该研究作者小坂秀夫(Hideo Kosaka)说：量子隐形传态允许把量子信息转移到一个原本无法进入的空间，它还允许将信息传输到量子内存中，而不会泄露或破坏存储的量子信息。

在这种情况下，不可接近的空间由钻石中的碳原子组成，钻石由相互连接的碳原子组成，但又各自含有碳原子，它拥有量子隐形传态的完美条件。一个碳原子的原子核里有6个质子和6个中子，周围有6个自旋电子。当原子结合成金刚石时，它们形成了一个非常坚固的晶格。然而，钻石也有复杂的缺陷，比如氮原子存在于碳原子应该存在的两个相邻空位中的一个，这种缺陷称为氮空位中心，在碳原子的包围下，氮原子的核结构产生了小纳米磁珠。

为了操纵氮空位中的电子和碳同位素，研究团队在钻石表面绑上了一根大约四分之一人类头发宽度的电线。将微波和无线电波应用到金属丝上，在钻石周围形成一个振荡磁场。塑造了微波，为钻石内部量子信息的传输创造了最佳、可控的条件。接着用氮纳米磁铁固定了一个电子，利用微波和无线电波，迫使电子自旋与碳核自旋纠缠在一起——电子和碳原子原子核的角动量。电子自旋在纳米磁珠产生的磁场中分解，使其易于纠缠。

一旦这两部分纠缠在一起，也就是说它们的物理特性纠缠在一起，无法单独描述，就会引入一个包含量子信息的光子，电子就会吸收光子。这种吸收允许光子的偏振态被转移到碳中，而碳是由纠缠电子介导的，这表明了信息在量子水平上的隐形传输。光子存储在另一个节点的成功，建立了两个相邻节点之间的纠缠。这一过程被称为量子中继器，它可以在量子场中从一个节点接收到另一个节点的单个信息块。最终目标是实现可伸缩的量子中继器，用于长距离量子通信，分布式量子计算机用于大规模量子计算和计量。

博科园｜研究/来自：横滨国立大学

参考期刊《通信物理学》

DOI: 10.1038/s-019-0158-0

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