金刚石量子位在室温下可保存数据近两秒

要制造量子计算机，科学家首先必须制造一个可控制、可测量的量子比特（由于一些非常量子的原因，这相当具有挑战性）。但哈佛大学的一组物理学家已经克服了一些关键障碍，将实验室生产的钻石中的杂质转化为量子比特，能够在室温下保存信息近两秒钟——这在量子相干时间中是永恒的。

目前正在开发的大多数量子计算系统（我们最近写了一些）都依赖于复杂的系统，这些系统用激光捕获离子或在实验室中创建“人造原子”，然后将它们冷却到接近绝对零度。这是一项艰巨且资源密集的工作。哈佛团队在这方面最大的创新是，他们打破了之前的相干时间记录（相干时间是指量子系统保存可读取信息的时间）。而且，他们在室温下就做到了这一点。

无需深入研究量子计算的“兔子洞”——这是一个相当深、令人困惑且在很大程度上违反直觉的地方——足以说明研究人员能够将以前基于钻石的量子系统的缺点转化为优势。之前的研究利用了钻石中氮空位 (NV) 中心的量子自旋来创建量子比特，但发现 NV 中心无法用作工作量子比特，因为它们的相干时间很短，仅持续百万分之一秒。

原因：钻石中的杂质碳-13。钻石晶体中的绝大多数原子都是碳-12，它们没有量子自旋。但附近的碳-13原子的自旋与NV相互作用，导致相干时间变短。因此，哈佛团队改变了系统，使用碳-13作为量子比特。在英国人造钻石专家的帮助下，他们制造了99.99%的碳-12钻石，并用氮轰击它以产生NV中心。

然后，他们反向操纵该系统，将信息编码到附近碳-13原子的自旋中。它的相干时间相当长——比以前的工作高出六个数量级，约为两秒——而且由于碳-13和NV中心之间的相互作用导致NV镜像碳-13，他们能够通过监测NV来准确测量碳-13的状态。

这绝不是一台可以工作的量子计算机，但它向着在室温下工作的可行量子比特迈出了一步。研究人员认为他们面临的大多数问题都是技术问题，因此他们没有理由不能将相干时间延长到几分钟，甚至几小时。

科学日报