钻石的颜色中心是量子通信的主要技术平台和网络。在这个声明中,我们向您介绍量子通信的关键概念,并讨论如何使用钻石在量子网络节点。我们还宣布一项新的研究与亚马逊网络服务(AWS)合作探索开发和提高人造金刚石量子网络。
NV的这些图(左)和SiV(右)展示他们在金刚石晶格原子组态。在每种情况下碳原子(银)是流离失所的空缺(白色和黑色轮廓)和缺陷原子(硅氮在布朗,黄金)。图片来源:AWS量子网络中心。
长距离量子网络:纠缠分布
量子网络使用的属性之间的纠缠和叠加安全分发量子信息网络终端用户。这些网络包括两种类型的节点,骨干节点和终端用户节点,每一个都依赖于不同类型的技术。最终用户节点可以使用激光器和探测器等传统电信资源与骨干节点进行通信。骨干节点,另一方面,需要一种新的基础设施:量子中继器。这些中继器类似的函数作为校正放大器在经典通信网络的损失和不忠,是量子信息长距离传播,但能够这样做没有干扰光的量子态,通过网络。这使得它可以纠正不可避免单个粒子的散射光,称为光子,他们甚至通过最好的电信光纤。yabo214因此,这些中继器远距离量子信息的传播成为可能,否则是不可能由于光子损失。
量子中继器的核心元件是一个内存量子位与光接口。这个量子位光捕获的信息编码,存储它,,一起与其他附近的量子位,执行误差校正,以消除任何错误可能发生在沟通。是可行的,这些内存量子位需要可靠的交互与光在可见或电信领域(排除许多领先的候选人量子位的量子计算,如超导量子比特),最好是可行的大规模生产。这些要求让缺陷量子位,像钻石,颜色中心候选人量子中继器的记忆。
有缺陷但不破碎
固体缺陷量子位的宽类包含一个或多个原子形成一个缺陷在一个均匀,晶体材料。根据原子的类型和材料使用,定义量子位的电子或磁州缺陷原子(s)。自然缺陷量子位中发现许多材料,并通过目标通常可以引入人工植入的主亚博网站下载材料缺陷原子的选择。尽管很多材料能够举办缺陷量子位,亚博网站下载找到一双材料缺陷,任何特定组合的属性是一项非常具有挑战性的任务。
金刚石是自然界最出色的材料之一。亚博网站下载钻石,从碳原子晶格的形成,是世界上最坚硬的天然材料,具有最广泛的光传输,是最好的天然热导体。它在环境从最深的是稳定的,冷真空到非常高的压力和温度,甚至可以安全地集成到活生生的身体。天然金刚石形成地球深处的结果构造压力低于地球表面的100年代的公里。这些钻石,由于他们的生长环境,不同的和独特的。尽管是比其他自然纯净的晶体,包含许多不同的杂质结合环境在漫长、缓慢增长的过程。
钻石东道主许多不同的缺陷,但两类钻石缺陷量子位通信应用程序已成为领先的候选人:氮-空位中心(NV)和Silicon-Vacancy中心(SiV)。NV和SiV形成通过删除两个相邻碳原子从一个钻石晶格,并替换为单个氮或硅原子,分别。
记住光
量子中继器操作通过光子传输信息编码到一个固定内存量子位信息可以存储和纠正。缺陷量子位,比如颜色中心,适合使用此操作,因为它们自然有一个有效的接口与光(颜色的来源),因为使用长寿命的一个子集“自旋”的记忆。这种自旋可以被认为是一个小磁铁包含在每一个电子,质子,中子在材料。这个旋转可以通过将访问内存的量子位磁场的东方沿着一个方向转动。定义的记忆是那么是否自旋指向沿着相反的磁场,分别对应于一个1或0位。当光反射颜色中心可以翻转自旋量子位,使可能的光和自旋之间的信息传递,记忆被称为spin-photon接口。颜色与这个属性——例如NV中心和SiV -量子中继器是有用的候选人。
NV和SiV不同于其他颜色中心被驻留在钻石,这是兼容各种半导体过程和化学惰性和稳定在许多不同的环境。这意味着这些量子位可以定位在纳米设备设计为特定的应用程序。神,例如,通常放置在顶端的扫描探针显微镜,或半球形透镜的中心支柱用于收集光效率。结构性投资工具,对环境不敏感,可以放置在更小的结构。他们常用波导和光子晶体腔内的100年代纳米。
猴免疫缺陷病毒是一类研究缺陷的一部分,被称为“第四组”的缺陷,给出了其位置上的元素周期表,显著的低灵敏度的磁场和电场波动,这发生在大多数材料的表面。亚博网站下载这对SiV减少灵敏度可以放置在更小的结构,进而提高了他们与光的可靠性。SiV缺陷也有其他属性,这些属性使它适合量子网络操作。它的相干时间是10毫秒,和一个次要,核自旋内存可以活超过一秒。siv可以单独控制和读出精度高,有99.98%的读出忠诚,单量子位门富达比99%,光子自旋门保真度优于95%。
探索新的合成钻石量子网络解决方案
在天然金刚石不良缺陷原子的数量降低了连贯性,光学和自旋属性的颜色像NV中心和SiV。幸运的是,人造金刚石生长的出现使得减少这些不受欢迎的缺陷。plasma-enhanced化学气相沉积(PECVD) "的进步在过去20年里使各个板块的发展钻石量子应用程序有足够的纯度和整齐。PECVD增长"使钻石的形成数百或数千倍于丽晶钻石的净化,著名的纯天然钻石在卢浮宫展出。最好的PECVD钻石不到一百万分之一"原子杂质-一千分之一相比最自然的钻石。
继续在PECVD钻石"技术投资将使其量子应用程序利用率的关键。改善控制缺陷类型的创建和材料结合在钻石增长,扩大钻石的不同形态,可以大规模生产,和减少制造成本将对这一领域的发展至关重要。
宣布一个新的AWS量子中心之间的协作网络,元素六
钻石的光学和量子特性使其独特的有前途的量子网络和量子通信应用,但缺乏广泛获得不同等级和形态钻石领域一直是一个挑战。元素六和AWS共同努力开发新技术使钻石更灵活和可访问材料——帮助推动增长和进步的技术。
当谈到创新和技术、材料问题亚博网站下载
人造金刚石是一种主要解决方案应用程序在量子通信中,材料可以作为一个节点在量子网络的发展。钻石记忆帮助增加网络节点通过促进远距离量子通信——一个挑战要求量子记忆节点与高效的光学接口和长时间的记忆。
利用几十年的经验
钻石的潜力为这一领域的首次认可组织10多年前,包括元素六,现在一个AWS中心量子网络的合作者。
拥有超过70年的专业技术在发展中增长技术和应用技术的合成钻石,元素六开创了钻石的解决方案在许多破坏性的地区,包括石油和天然气的勘探、水处理、先进的热管理对高性能半导体器件和光学应用在聚变能源和EUV光刻。
虽然领域仍然提出了许多基本的技术问题,AWS和元素之间的这种合作六个旨在开发一个可伸缩的人造金刚石的解决方案符合高效量子旋转交互和控制,可用于促进量子技术的发展,包括安全网络,传感器,或电脑,在未来。
了解更多关于AWS的量子努力和开始,参观AWS量子技术的主页。
关于作者
- 博士Bartholomeus Machielse
量子中心研究员AWS量子网络
- 丹尼尔博士Twitchen
执行董事,元素六
业务发展和技术销售
来源:https://www.e6.com/en