新型量子存儲器可存儲數(shù)小時的信息

（文章來源：百家號）
? ? ? ?在量子存儲系統(tǒng)中存儲信息是一個困難的挑戰(zhàn)，因?yàn)閿?shù)據(jù)通常很快就會丟失。在TU Wien超長存儲時間現(xiàn)在已經(jīng)用小鉆石實(shí)現(xiàn)了。利用量子粒子，信息可以被儲存和操縱——這是許多非常有前途的技術(shù)的基礎(chǔ)，比如極其敏感的量子傳感器，量子通信，甚至是量子計算機(jī)。

然而有一個重要的問題:在長期的量子物理系統(tǒng)中存儲信息是很困難的。由于與環(huán)境的相互作用，量子信息往往在一秒鐘內(nèi)消散。在TU Wien，現(xiàn)在可以用特殊的鉆石來存儲數(shù)小時的量子信息。這使得量子信息比存儲在我們計算機(jī)工作記憶中的常規(guī)信息更加穩(wěn)定。這項(xiàng)研究的結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《自然材料》雜志上。

一種特殊的量子系統(tǒng)正被應(yīng)用于杜維恩，這在全世界引起了極大的興趣?！拔覀兪褂玫氖切¤Υ玫男°@石，”杜維恩原子和亞原子物理研究所的研究小組組長約翰內(nèi)斯·馬杰說。通常金剛石是由碳原子組成的。通過輻照鉆石，可以將一個氮原子引入到鉆石結(jié)構(gòu)中，取代碳原子在某些點(diǎn)上，然后在它旁邊的晶格中留下一個未被占據(jù)的點(diǎn)。這種“晶格缺陷”被稱為NV-中心或氮空位中心。氮原子和空位點(diǎn)可以假設(shè)不同的狀態(tài)，所以這個晶格缺陷點(diǎn)可以用來存儲信息量子比特。決定性的問題是，這些信息保持多久是穩(wěn)定的。

該出版物的主要作者托馬斯·阿斯特納解釋說：在時間尺度上，量子比特通常會失去能量，而存儲信息在技術(shù)上是這類量子比特的最重要特征之一。因此準(zhǔn)確地理解能源損耗的原因以及這一過程的速度是至關(guān)重要的。第一次在TU Wien的原子和亞原子物理研究所的科學(xué)家們已經(jīng)能夠通過實(shí)驗(yàn)確定鉆石錯誤失去量子信息的特征周期。鉆石與微波耦合，這樣量子信息就可以被寫入和讀取。這個用途的特殊微波諧振器是在2016年由圖維恩的Andreas Angerer開發(fā)的。它可以用來精確地確定鉆石中儲存了多少能量。

這些測量是在非常低的溫度下進(jìn)行的，剛好在絕對零度以上，在20毫克爾溫。熱量會干擾系統(tǒng)環(huán)境，并消除量子信息。很明顯，鉆石可以在幾個小時內(nèi)儲存它們的信息，比人們認(rèn)為的要長得多。普通計算機(jī)內(nèi)存中的D-RAM芯片的信息不太穩(wěn)定。在那里能量在幾百毫秒內(nèi)就消失了，這意味著信息必須被刷新。并非所有有缺陷的鉆石都提供相同的存儲期。這張唱片是由在日本筑波大學(xué)與Junichi Isoya合作的團(tuán)隊(duì)制作的。在幾個月的時間內(nèi)，它被電子輻射，產(chǎn)生盡可能多的N-V中心缺陷，而不引入任何其他有害影響。這顆鉆石可以測量8小時的量子存儲周期。

微波諧振器與鉆石在中間，由于晶格缺陷，鉆石是黑色的。圖片版權(quán)：Vienna University of Technology

一開始很難相信這些美妙的結(jié)果。因此這一現(xiàn)象被用計算機(jī)模擬進(jìn)行了徹底的研究。Johannes Gugler和Peter Mohn教授(也在TU Wien)進(jìn)行了復(fù)雜的計算，結(jié)果解釋了鉆石量子存儲的異常穩(wěn)定性是由于特別堅(jiān)硬的鉆石晶格造成的?！捌渌牧巷@示晶格振動能迅速導(dǎo)致存儲信息的丟失，而量子信息與晶格振動的耦合非常微弱，能量可以儲存幾個小時。