Lãnh Äạo Hà n - Triá»u chuẩn bá» há»p thượng Äá»nh lần thứ ba
Lưu trữ các bit lượng tử thông tin, hoặc qubit, khó hơn rất nhiều so với việc lưu trữ các chữ số nhị phân thông thường. Nó không chỉ đơn giản là những con số không, mà là toàn bộ phạm vi chồng chất lượng tử tinh tế giữa chúng. Các điện tử có thể dễ dàng trượt ra khỏi các trạng thái đó nếu chúng không được lưu trữ trong các vật liệu phù hợp, đó là lý do tại sao các kỹ sư điện tại Princeton đang làm việc với một nhà sản xuất ở Anh để tạo ra một vật liệu lưu trữ tốt hơn - kim cương tổng hợp - từ đầu. Họ đã công bố một tài khoản thành công của họ vào thứ năm trong Khoa học.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý, kỹ sư vật liệu và những người khác đã cố gắng đạt được lời hứa về khái niệm truyền thông mã hóa lượng tử vì dữ liệu được truyền trong quá trình đó về mặt lý thuyết là miễn dịch với giám sát bí mật. Bất kỳ nỗ lực nào để quan sát dữ liệu giữa các bên - Nguyên tắc không chắc chắn của Heisenberg - sẽ làm thay đổi căn bản thông tin đó, nhanh chóng tiết lộ rằng nó đã bị xâm phạm. Vấn đề đã được lưu trữ và bảo quản các qubit và sau đó chuyển đổi chúng thành các photon sẵn sàng cho sợi quang, và sử dụng kim cương dường như là con đường để đạt được cả hai. Nhưng không phải bất kỳ viên kim cương nào cũng sẽ làm được, đó là lý do tại sao nhóm Princeton Princeton đã rất nỗ lực để tạo ra một loại tổng hợp, như họ mô tả trong bài báo của họ.
Kỹ sư điện tử mà chúng tôi nhắm đến là những gì mà liên quan đến các mạng lượng tử, kỹ sư điện của Nathalie de Leon nói Nghịch đảo. Tại Princeton, nơi de Leon là giáo sư trợ lý, nhóm của cô chủ yếu tập trung vào phát minh phần cứng lượng tử. Các ứng dụng này có thể giúp bạn có thứ gì đó có thời gian lưu trữ lâu và sau đó cũng có giao diện tốt với các photon để bạn có thể gửi ánh sáng qua khoảng cách rất dài.
Tương tác quang tử rất quan trọng đối với truyền thông quốc tế tốc độ cao vì tất cả thông tin truyền dọc theo cáp quang di chuyển qua cơ sở hạ tầng toàn cầu của chúng tôi dưới dạng các photon rời rạc - bay với tốc độ 69% tốc độ ánh sáng. (Tốt đẹp.)
Điều đó đặt ra rất nhiều ràng buộc đối với các đặc điểm quang học, theo ông de de Leon. Một ví dụ khác, nó thực sự quan trọng rằng màu sắc phải ổn định. Nếu màu sắc của photon nhảy theo thời gian, thì điều đó thực sự tồi tệ đối với các giao thức này.
Ngay bây giờ, nhóm de Leon Lầu đang cố gắng chế tạo một phiên bản của những viên kim cương tổng hợp này có thể chuyển đổi thành bước sóng 1.550 nanomet tiêu chuẩn mà trên đó các photon hiện đi ngang qua cáp quang. Hiện tại, nhóm kim cương tổng hợp của cô đã hỗ trợ bước sóng photon 946 nanomet. (Photon Muiêu màu là một chút uyển ngữ ở đây vì cả hai bước sóng này đều là sắc thái của tia hồng ngoại bên ngoài phổ khả kiến.)
Rào cản mà nhóm của cô vừa thành công trong việc vượt qua là lưu trữ các qubit đó trong các bộ lặp lượng tử tinh thể, tương tự như các bộ lặp hiện đang được sử dụng để ngăn ngừa mất và suy giảm tín hiệu trong truyền thông cáp quang ngày nay. Bước quan trọng trong quy trình này là sản xuất kim cương tổng hợp với càng ít tạp chất không mong muốn càng tốt (nitơ, chủ yếu) và nhiều tạp chất họ thực sự muốn (silicon và boron).
Tiết niệu Nitrogen hóa ra là khiếm khuyết chiếm ưu thế mà bạn gặp phải trong những viên kim cương này, theo ông de de Leon. Các đối tác nhóm của cô tại nhà sản xuất kim cương của Anh, Element Six phải tạo ra điều kiện chân không trên trung bình vì ngay cả những máy hút bụi thông thường cũng có thể để lại đủ nitơ trong buồng để làm nhiễm bẩn các tinh thể nhân tạo. Vì nitơ có nhiều electron tự do hơn carbon, tạp chất nitơ làm xáo trộn cấu trúc điện độc đáo mà các nhà nghiên cứu đang hy vọng.
Những khiếm khuyết nhỏ khác cũng có thể làm suy yếu tiềm năng lưu trữ qubit của những viên kim cương này.Mục tiêu là để có các cặp vị trí trống có kích thước nguyên tử trong khung tinh thể cùng với một nguyên tử silicon được thay thế, nơi một carbon duy nhất được sử dụng, nhưng đôi khi các cặp đó có thể tụ lại với nhau trong các cụm trống chỗ trống, bắt đầu phân phối lại các electron của chúng một cách khó chịu, cách phản tác dụng. Đôi khi đánh bóng và khắc sát thương trên bề mặt kim cương cũng có thể gây ra hiệu ứng domino, làm rối tung mô hình điện tử này. Đây là nơi thêm boron - có một electron tự do ít hơn carbon - có thể giúp ích.
Sau đó, những gì chúng ta phải làm là, thì de de Leon nói, cả hai đều bắt đầu với viên kim cương có độ tinh khiết cực cao này và sau đó phát triển ở một số boron để hấp thụ bất kỳ electron nào mà chúng ta không thể kiểm soát được. Sau đó, có rất nhiều vật liệu xử lý - những thứ nhàm chán như ủ nhiệt và sửa chữa bề mặt ở cuối để đảm bảo rằng chúng ta vẫn loại bỏ được rất nhiều loại khuyết tật khác khiến bạn phải trả thêm phí.
Nắm vững cả hai thách thức này, nhiều người trong lĩnh vực nghi ngờ, là chìa khóa để có đầy đủ chức năng và gần như không thể bẻ khóa mã hóa lượng tử.
Trước buổi bình minh của kim cương tổng hợp chỉ một vài năm trước đây, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quang học lượng tử đã phải dựa vào kim cương tự nhiên để thực hiện công việc của họ - cụ thể là một viên kim cương.
Theo de Leon, tất cả mọi người trong lĩnh vực quang học lượng tử phải dựa vào một viên kim cương tự nhiên được sản xuất từ Nga mà tình cờ có tỷ lệ boron, nitơ và các tạp chất khác để thực hiện nghiên cứu của họ. Các mảnh kim cương đã được cắt ra và phân phát cho các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới.
Nhiều người trong số các nhóm đã có một viên kim cương nhỏ’ma thuật của Nga, ma như de Leon nói với dịch vụ tin tức trong nhà của Princeton vào năm 2016. Tại At Harvard, chúng tôi đã gọi chúng tôi là‘Magic Alice, và ‘Magic Bob.
Vì vậy, TL; DR, các nhà khoa học phương Tây đang trở nên tốt hơn trong việc chế tạo kim cương điện toán lượng tử ma thuật của riêng họ thay vì phụ thuộc vào các viên kim cương điện toán lượng tử ma thuật của Nga. Đây là một câu thực tế nghe có vẻ vô lý. Cổ điển 2018.