量子隱形傳態，實現安全地傳送量子信息！

橫濱國立大學研究人員實現在鑽石內安全地傳送量子信息，這項研究對量子信息技術（共享和存儲敏感信息的未來）具有重大意義。其研究成果於2019年6月28日發表在《通信物理學》上。橫濱國立大學工程學教授、該研究作者小坂秀夫(Hideo Kosaka)說：量子隱形傳態允許把量子信息轉移到一個原本無法進入的空間，它還允許將信息傳輸到量子內存中，而不會泄露或破壞存儲的量子信息。

在這種情況下，不可接近的空間由鑽石中的碳原子組成，鑽石由相互連接的碳原子組成，但又各自含有碳原子，它擁有量子隱形傳態的完美條件。一個碳原子的原子核里有6個質子和6個中子，周圍有6個自旋電子。當原子結合成金剛石時，它們形成了一個非常堅固的晶格。然而，鑽石也有複雜的缺陷，比如氮原子存在於碳原子應該存在的兩個相鄰空位中的一個，這種缺陷稱為氮空位中心，在碳原子的包圍下，氮原子的核結構產生了小納米磁珠。

為了操縱氮空位中的電子和碳同位素，研究團隊在鑽石表面綁上了一根大約四分之一人類頭髮寬度的電線。將微波和無線電波應用到金屬絲上，在鑽石周圍形成一個振蕩磁場。塑造了微波，為鑽石內部量子信息的傳輸創造了最佳、可控的條件。接著用氮納米磁鐵固定了一個電子，利用微波和無線電波，迫使電子自旋與碳核自旋糾纏在一起——電子和碳原子原子核的角動量。電子自旋在納米磁珠產生的磁場中分解，使其易於糾纏。

一旦這兩部分糾纏在一起，也就是說它們的物理特性糾纏在一起，無法單獨描述，就會引入一個包含量子信息的光子，電子就會吸收光子。這種吸收允許光子的偏振態被轉移到碳中，而碳是由糾纏電子介導的，這表明了信息在量子水平上的隱形傳輸。光子存儲在另一個節點的成功，建立了兩個相鄰節點之間的糾纏。這一過程被稱為量子中繼器，它可以在量子場中從一個節點接收到另一個節點的單個信息塊。最終目標是實現可伸縮的量子中繼器，用於長距離量子通信，分散式量子計算機用於大規模量子計算和計量。

博科園｜研究/來自：橫濱國立大學

參考期刊《通信物理學》

DOI: 10.1038/s42005-019-0158-0

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