Forskere teleporterer information inden for en diamant

Forskere fra Yokohama National University har teleporteret kvanteinformation sikkert inden for rammerne af en diamant. Undersøgelsen har store konsekvenser for kvanteinformationsteknologi - fremtiden for deling og lagring af følsom information. Forskerne offentliggjorde deres resultater den 28. juni, 2019, i Kommunikationsfysik .

"Kvanteteleportation tillader overførsel af kvanteinformation til et ellers utilgængeligt rum, "sagde Hideo Kosaka, en professor i teknik ved Yokohama National University og en forfatter på undersøgelsen. "Det tillader også overførsel af information til en kvantehukommelse uden at afsløre eller ødelægge den lagrede kvanteinformation."

Det utilgængelige rum, I dette tilfælde, bestod af kulstofatomer i diamant. Lavet af sammenkædede, alligevel individuelt indeholdt, kulstofatomer, en diamant rummer de perfekte betingelser for kvanteteleportation.

Et carbonatom holder seks protoner og seks neutroner i sin kerne, omgivet af seks roterende elektroner. Når atomerne bindes til en diamant, de danner et særligt stærkt gitter. Imidlertid, diamanter kan have komplekse defekter, såsom når der findes et nitrogenatom i en af ​​to tilstødende ledige stillinger, hvor carbonatomer skal være. Denne defekt kaldes et nitrogen -ledighedscenter.

Omgivet af kulstofatomer, nitrogenstrukturen i atomkernen skaber det, Kosaka kalder en nanomagnet.

For at manipulere en elektron og en carbonisotop i den ledige stilling, Kosaka og teamet fastgjorde en ledning omkring en fjerdedel af bredden af ​​et menneskehår på overfladen af ​​en diamant. De anvendte en mikrobølgeovn og en radiobølge til tråden for at bygge et oscillerende magnetfelt omkring diamanten. De formede mikrobølgeovnen for at skabe den optimale, kontrollerede betingelser for overførsel af kvanteinformation inden for diamanten.

Kosaka brugte derefter nitrogen nanomagneten til at forankre en elektron. Brug af mikrobølgeovnen og radiobølgerne, Kosaka tvang elektronspinnet til at vikle sig sammen med et kulstofkernespin - elektronens vinkelmoment og kernen i et carbonatom. Elektronespinnet nedbrydes under et magnetfelt skabt af nanomagneten, gør det modtageligt for sammenfiltring. Når de to stykker er viklet ind, hvilket betyder, at deres fysiske egenskaber er så sammenflettede, at de ikke kan beskrives individuelt, en foton, der indeholder kvanteinformation, introduceres, og elektronen absorberer foton. Absorptionen gør det muligt at overføre fotonens polarisationstilstand til carbonet, som medieres af den sammenfiltrede elektron, demonstrere en teleportation af information på kvantenniveau.

"Succesen med fotonlageret i den anden knude etablerer sammenfiltringen mellem to tilstødende noder, "Sagde Kosaka. Kaldet kvante -repeatere, processen kan tage individuelle bidder af information fra node til node, på tværs af kvantefeltet.

"Vores ultimative mål er at realisere skalerbare kvanterepeatere til kvantekommunikation over lange afstande og distribuerede kvantecomputere til kvantumberegning og metrologi i stor skala, "Sagde Kosaka.