轉自：中國科技網

最新實驗的藝術圖，其中鉺原子被整合到矽晶片內。圖片來源：馬克斯·普朗克量子光學研究所

科技日報記者 劉霞

德國科學家首次將擁有特殊光學特性的鉺原子整合到矽晶體內，這些原子可透過通訊領域常用的光連線起來，使其成為未來量子網路的理想構建塊。最新實驗結果在沒有複雜冷卻的條件下獲得，且基於現有矽半導體生產工藝，因此適用於構建大型量子網路。相關研究刊發於最新一期《物理評論X》雜誌。

量子網路可透過使用光讓量子資訊的各個載體——量子位元相互糾纏來實現，而量子位元可由相互隔離並嵌入主晶體中內的單個原子構建。在最新研究中，來自馬克斯·普朗克量子光學研究所和慕尼黑技術大學的科學家展示了一種利用嵌入矽晶體內的原子構建量子網路的可行方法。

最新技術依賴於在特定條件下注入矽晶格的鉺原子。研究表明，鉺具有良好的光學效能，其原子發射出的紅外光波長約為1550奈米，位於光纖電纜中傳輸資料的光譜範圍，且鉺在光導纖維中傳播時損耗較低。此外，鉺發出的光具有極好的相干性，這是實現量子資訊儲存和傳輸的先決條件。這些特性使鉺成為實現量子計算機或在量子網路中用作資訊載體的首選。

但面臨的巨大挑戰是必須以可重複的方式將鉺的各個原子嵌入矽晶體基質內，並將其固定在特定位置。為此，研究人員首先賦予鉺原子奈米級精細結構，然後用鉺離子束照射矽，使單個原子在高溫下穿透並分散到矽晶體內不同地方。

相對溫和的溫度使各個鉺原子在晶格中穩定地“各就各位”，而非聚集在一起。而且，在此前實驗中，鉺原子在絕對零度（零下273。15攝氏度）附近表現出優異光學特性，但最新研究中，科學家在約8開爾文（零下265。15攝氏度）觀察到了這些特性，這樣的溫度在技術上很容易實現，也為未來的應用鋪平了道路。