要製造量子計算機，科學家首先必須製造出可控制且可測量的量子位元（由於一些量子力學特有的原因，這相當具有挑戰性）。但哈佛大學的一群物理學家克服了一些關鍵障礙，成功地將實驗室培育鑽石中的雜質轉化為量子比特，使其能夠在室溫下保持資訊近兩秒鐘——這在量子相干時間尺度上已是永恆。
目前大多數正在研發的量子計算系統——我們最近報導過其中一些——都依賴複雜的系統，例如用雷射捕獲離子或在實驗室中製造“人造原子”，然後將其冷卻到接近絕對零度。這是一項艱鉅且耗費資源的工作。哈佛團隊最大的創新之處在於，他們打破了先前量子系統相干時間（即量子系統能夠維持可讀取資訊的時間）的紀錄。而且，他們是在室溫下實現的。
無需深入探討量子計算這個深奧、複雜且大多違反直覺的領域，只需說明研究人員成功地將鑽石基量子系統先前的一個缺陷轉化為優勢。先前的研究曾利用鑽石中氮空位（NV）中心的量子自旋來創建量子比特，但發現由於NV中心的相干時間極短（僅百萬分之一秒），因此它們並不適合作為工作量子比特。
原因在於鑽石中的雜質碳-13。鑽石晶體中絕大多數原子是碳-12，它們不具有量子自旋。但附近碳-13原子的自旋會與NV色心相互作用，導致相干時間過短。因此，哈佛大學的研究團隊徹底改變了系統，轉而使用碳-13作為量子位元。在英國人造鑽石專家的幫助下，他們製造了一顆純度為99.99%的碳-12鑽石，並用氮氣轟擊它，從而生成了NV色心。
然後，他們反向操控該系統，將資訊編碼到附近碳-13原子的自旋中。其相干時間顯著延長——比之前的工作提高了六個數量級，接近兩秒——並且由於碳-13和NV色心之間的相互作用導致NV色心鏡像碳-13，他們可以透過監測NV色心來精確測量碳-13的狀態。
這當然遠稱不上是一台可用的量子計算機，但這卻是朝著在室溫下工作的可行量子位元邁出的一步。研究人員認為他們面臨的大部分問題都是技術性的，因此他們完全可以將相干時間延長到幾分鐘，甚至最終達到幾小時。
科學日報
