金刚石和量子计算的圣杯

自从理查德 费因曼在1982年首先预见了量子计算机，至今已有很多关于一些有希望的候选对象的研究 -- 利用量子数位（或称量子比特）的计算机能够在同一时间保持多重数据值而且在一类问题上能运算得比以硅为基础的机器快得多。大多数候选系统， 譬如原子和半导体的量子点， 仅在极低温度下才能胜任量子计算。

现在一个来自中国科学院武汉物理与数学研究所和中国科技大学的合肥微尺度物质科学国家实验室的联合研究小组已经向暖和一点的方案迈出了一步。正如美国物理联合会(AIP)出版的《应用物理快报》报道的， 该小组正在研究金刚石氮空缺（NV）材料的能力。在这种材料中，在人工制成的金刚石薄膜中心有一个由氮原子（作为替代碳原子的杂质而存在）和邻近的空缺组成一个“分子”。空缺是指晶体中无原子的空间。这类金刚石结构为室温条件下数据存储和量子计算提供了可能性。

这种技术中的一个挑战问题是如何把分隔开的纳米金刚石晶体中的两个金刚石氮空缺中心耦合起来。为了制造量子计算机， 很多金刚石氮空缺中心需要被耦合起来（形成相量子相干）以便在每个单元进行信息编码， 基于单元间相互作用（耦合）的运算操作也必须能被实施。中国科学院武汉物理与数学研究所冯芒及其合作者提出了一种能导致这些氮空缺中心形成量子的力学耦合的想法，叫作纠和。有关这个原则的证明现在已能够被推广到到多重操作，这里的多重操作绝不是几个操作的简单累加。

“我们的研究是利用现有或即将有的技术迈向实现量子计算机远期设想的一步，”冯博士说，“继续前进能促进对凝聚态物理，量子信息科学和金刚石制作技术的进一步探索。”

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