近日，國外科學家們在通電納米碳管內(nèi)放置一小塊金剛石，研制出了量子信息處理系統(tǒng)的基礎元件。
       研究者將通電納米碳管的機械振動和金剛石缺陷的磁特性相結(jié)合；這種結(jié)合可以實現(xiàn)納米碳管和金剛石的量子態(tài)的相互轉(zhuǎn)移，以及量子態(tài)向位于幾微米距離遠的另外一個金剛石轉(zhuǎn)移。
       該研究由Peng-Bo Li等人主持領導，用于新型混合量子設備的應用；論文發(fā)表在Physical Review Letters上。
       金剛石和納米碳管都是碳的同素異形體，其獨特的材料屬性都可用于量子設備的制造。金剛石具有氮空位中心的缺陷，能夠發(fā)出明亮的紅光。通過對氮空位中心缺陷的光學屬性的控制，可以使該缺陷占有一個顯著的量子態(tài)，充當量子點的作用。納米碳管也具有顯著的機械和電子性能。
       金剛石和納米碳管的諸多研究都是將其作為獨立的實體，很少將其結(jié)合起來進行研究。近日，國外的一組研究團隊發(fā)現(xiàn)，金剛石的氮空位中心可以和機械諧振器結(jié)合，從而使金剛石的磁特性和諧振器的機械運動結(jié)合起來。但這種結(jié)合強度目前普遍比較弱。
       研究者將金剛石的氮空位中心和納米碳管結(jié)合，施以60µA的電流從而使其發(fā)生共振；納米碳管和金剛石缺陷之間的結(jié)合是由于電流以量子規(guī)模產(chǎn)生了一個近磁場。這種設備相當于量子版的奧斯特實驗：通電導線周圍產(chǎn)生磁場，從而推動磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動。
       由于這兩種碳同素異形體的優(yōu)越屬性，新型混合量子設備的磁性結(jié)合強度是一般設備的三倍。通過改變電流大小還可以調(diào)節(jié)兩種材料間的相互作用。
       研究還發(fā)現(xiàn)，金剛石和納米碳管結(jié)合后，氮空位中心和納米管的量子態(tài)可以相互轉(zhuǎn)移，同時還能向臨近的金剛石-納米碳管結(jié)合的量子態(tài)相互轉(zhuǎn)移。在未來，氮空位中心可以充當量子點的作用。快速有效地控制這些量子點的量子態(tài)可以用于量子信息處理系統(tǒng)的研發(fā)，還可以用于納米傳感器的制備。
       這種設備可根據(jù)電子自旋對量子邏輯閘進行編址，還可用于物理和生命科學領域的微壓力、溫度、電力和磁場變化探測用傳感器。（本文由中國超硬材料網(wǎng)原創(chuàng)翻譯，請勿轉(zhuǎn)載）