美科學家發現“混血”納米設備可控制量子比特自旋

美國科學家使用其研發的獨特的金屬——半導體“混血”納米設備，演示了一種新的光和物質的相互作用，且在僅為幾納米的膠體納米結構中首次實現了對量子比特自旋進行完全的量子控制，這些新進展朝著制造出量子計算機邁開了更加關鍵的一步。該研究成果發表在7月1日的《自然》雜志上。
　　馬里蘭大學納米中心的物理學家歐陽敏教授領導的研究團隊表示，新發現將加速推進與量子計算和能源生產有關的納米設備的出現，比如，研發出更高效的光伏電池，或促進諸如生物標志物等其他基于光與物質相互作用的技術的發展。實際上，該研究團隊已經開始使用這種技術來研發新的、轉化效率更高的光伏電池。
　　歐陽敏團隊使用化學熱力學方法，在溶液中制造出了一系列不同的“混血”組合物，每一個組合物都有一個單晶半導體殼，里面包裹著金屬。在最新的研究中，研究人員使用這些金屬/半導體“混血”而成的納米設備，在實驗室中演示了一個等離子（金屬發出的）和一個應激子（半導體殼發出的）之間的“可調共振耦合”，結果，這種耦合加強了光學斯塔克效應（60多年前，科學家研究光和原子之間的相互作用時，發現了該效應，該效應表明，可以用光來改變原子的量子狀態），因此，有望通過光來控制量子狀態。
　　美國國家標準與技術研究院原子物理分部的加尼特·布萊恩表示，過去的幾年中，很多研究人員正在研究金屬和半導體組成的異種納米設備，并使用這種納米設備作為“納米天線”與半導體納米設備以及光發射器內外的光進行更有效的耦合。
　　布萊恩表示，歐陽敏領導的這項研究表明，金屬納米天線周圍環繞著半導體外殼這樣的納米設備能夠完成同樣的目標，而且，這樣的結構簡單易制造，應用范圍也很廣。最重要的是，科學家能夠通過操縱這種光和物質的耦合，對半導體納米發射器進行相干量子控制，而量子信息的處理過程中必須實施這種控制。
　　歐陽敏團隊認為，使用其研發出的晶體—金屬“混血”納米設備，他們能夠完成這種相干量子控制。而且，新納米設備也對晶體外延生長大有裨益。晶體外延生長一直是制造單晶半導體和相關設備的主要方式，新方法可避免限制晶體外延生長的兩個關鍵因素：沉積半導體層的厚度和晶格匹配。
　　馬里蘭大學的科學家指出，新方法除了增強其“混血”納米結構的能力外，并不需要傳統的晶體外延生長所需的潔凈室，也不需要在真空中才能產生的物質，因而有利于大規模生產。