量子計算機磁頭怎麼造？

圖片說明：實驗室裝置觀測納米金剛石中的氮-空位中心與石墨烯之間的相互作用。圖片來源：Astrid Eckert /慕尼黑工業大學

 

金剛石中的氮-空位中心可作為構建量子計算機的重要組件，但此前人們一直無法電子讀取以光學方式寫入這些系統的信息。以慕尼黑工業大學（Technische Universitaet München，TUM）的Alexander Holleitner教授為首的科研團隊發現，借助石墨烯層就可以構建這樣的讀取單元。

 

理想狀態下，金剛石僅由碳元素組成，但天然金剛石總是存在缺陷。研究最多的缺陷就是由一個氮原子和一個空位組成的氮-空位中心，這種氮-空位中心可用作量子計算機的注冊組件或高敏傳感器。然而，直到現在人們也沒能夠以電子方式提取其中光學存儲的信息。

 

由物理學家、慕尼黑工業大學教授Alexander Holleitner以及Ciencies Fotoniques研究所的物理學教授Frank Koppens領導的科研小組，現已開發出了讀取其中存儲信息的技術。此技術基於將納米金剛石氮-空位中心的能量直接轉移到相鄰的石墨烯層。

 

非輻射能量轉移

 

當激光照在納米金剛石上，可見光子便在氮-空位中心將一個電子從基態激發到激發態。「被激發的電子和空出的基態兩者所組成的體系可以被視為一個偶極子。」Alexander Holleitner教授解釋說，「這個偶極子反過來又會在相鄰石墨烯層誘發一個由電子和空位組成的偶極。」

 

在大小約為100納米的金剛石中，獨立的氮-空位中心互相絕緣。與之不同的是，石墨烯層能夠導電，兩個金電極就可以檢測到感應電荷，這樣既可電子測量石墨烯層，也就相當於測量到了氮-空位中心的數據。

 

皮秒電子檢測

 

快速測量對於這個實驗裝置來說是必不可少的，因為生成的電子空位會在幾十億分之一秒後消失。不過，Holleitners實驗室發明的技術可以將測量時間控制在皮秒范圍（萬億分之一秒）內，這樣科學家們就可以密切觀察這些過程。

 

與Louis Gaudreau進行合作測量的博士生Andreas Brenneis說道：「原則上，我們的技術對染料分子也同樣奏效。金剛石有大約500個點缺陷，但我們的方法很靈敏，應該也能夠測量單個染料分子。」

 

由於納米電路轉換速度極快，傳感器如果使用研究人員開發的此項技術不僅僅可用於測量超快過程，而且還可以集成到未來的量子計算機中，讓量子計算機的時鐘頻率進入兆赫范圍。