澎湃新聞?dòng)浾?王蕙蓉
近日，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，一種由古老的納米比亞寶石形成的特殊光可能是制造新型光基量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵，并成功利用前述寶石制造了迄今為止最大的里德堡極化子。
一種從納米比亞開采的氧化亞銅寶石晶體，可用于制造里德堡極化子，圖片來自圣安德魯斯大學(xué)
前述研究由英國圣安德魯斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，美國哈佛大學(xué)、澳大利亞麥考瑞大學(xué)和丹麥奧胡斯大學(xué)的科學(xué)家合作進(jìn)行。該研究使用了一種天然采自納米比亞（即納米比亞共和國，原稱西南非洲，位于非洲西南部）的氧化亞銅寶石來生產(chǎn)里德堡極化子(Rydberg polaritons)，這是迄今為止制造出的光與物質(zhì)的最大混合粒子。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·材料》(Nature Materials)。
圖片來自《自然·材料》(Nature Materials)
里德堡極化子不斷地在從光與物質(zhì)之間轉(zhuǎn)換。在里德堡極化子中，光和物質(zhì)就像硬幣的兩面，而物質(zhì)的一面是使極化子相互作用的原因。這種相互作用是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@使得量子模擬器成為可能。
量子模擬器是一種特殊類型的量子計(jì)算機(jī)，將信息存儲(chǔ)在量子比特中。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中只能為0或1的二進(jìn)制位不同，量子比特可以同時(shí)取0和1的值。因此，量子計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)更多信息，并同時(shí)執(zhí)行多個(gè)工作進(jìn)程。
量子模擬器可以用于解決物理學(xué)、化學(xué)和生物的重要謎題。例如，如何為高速列車制造高溫超導(dǎo)體，如何制造出更廉價(jià)的肥料以解決全球饑餓問題，如何破解蛋白質(zhì)折疊難題從而生產(chǎn)更有效的藥物。
“用光制造量子模擬器是科學(xué)界的‘圣杯’。我們已經(jīng)在這方面邁出了一大步，制造了量子模擬器的關(guān)鍵成分里德堡極化子?！笔グ驳卖斔勾髮W(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Hamid Ohadi說道。
吸收光譜和空腔結(jié)構(gòu)，圖片來自論文
為了制造里德堡極化子，研究人員將光捕獲在兩個(gè)高度反射的鏡子間。然后，從納米比亞開采的石頭中提取氧化亞銅晶體，并將其削薄、拋光成30微米厚的薄片(比人類頭發(fā)絲還細(xì))，并將其放置在兩面鏡子之間，使得里德堡極化子比之前大100倍。
“在eBay購物網(wǎng)站上購買這顆寶石很容易。這項(xiàng)研究的挑戰(zhàn)在于如何制造存在于極窄顏色范圍內(nèi)的里德堡極化子。”論文主要作者之一、圣安德魯斯大學(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院Sai Kiran Rajendran表示。
目前，前述團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步完善研究方法，以探索制造量子電路的可能性，這將是量子模擬器所需的下一個(gè)關(guān)鍵組成部分。
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