5月1日報道，最近，加利福尼亞(ya) 大學聖芭芭拉分校（UCSB）研究人員開發出一種技術，隻用激光就能對量子比特初始化，並實現了多種操縱、讀取電子自旋態等。這種方法不僅(jin) 比傳(chuan) 統方法更能實現統一控製，而且功能更多樣，為(wei) 探索新型固態量子係統打開了大門。相關(guan) 論文發表在最新版的美國《國家科學院學報》上。

　　雖然實驗用的量子比特是鑽石中的瑕疵——氮晶格空位（NV）中心，但新技術能在更廣泛的材料中操作。UCSB自旋電子學與(yu) 量子計算機中心主管、物理學教授戴維·奧斯蓋勒姆說：“與(yu) 傳(chuan) 統技術不同，我們(men) 開發的是一種利用激光脈衝(chong) 在半導體(ti) 內(nei) 控製單個(ge) 量子比特的全光策略。這將帶來一個(ge) 好機會(hui) ，讓人們(men) 有望用光子芯片處理和交流量子信息。”

　　傳(chuan) 統方法是利用微波場和鑽石瑕疵的特殊屬性來操作，盡管NV中心是一種很有前景的量子比特，過去十年來一直被廣泛研究，但要用工業(ye) 或生長的方法造出所需鑽石卻是極大的挑戰。全光控製讓人們(men) 能更多樣地操縱NV中心，這和傳(chuan) 統方法完全不同，還能用其他材料來研究量子係統，製造這些材料的技術也更加成熟。UCSB物理學研究生鮑勃·巴克爾說：“這些技術將來會(hui) 更普及，還可用於(yu) 未曾探索過的量子係統。”

　　NV中心是鑽石原子結構上的一種瑕疵，鑽石晶格中一個(ge) 碳原子被一個(ge) 氮原子取代，使其附近空缺出一個(ge) 晶格空位，圍繞氮原子旋轉的自旋電子就變成一個(ge) 量子比特，即量子計算機的基本單位。傳(chuan) 統技術要先把這一量子比特初始化，成為(wei) 具有界限清晰的能量態，然後才能與(yu) 其對接。傳(chuan) 統計算機的基本信息單位是比特，要麽(me) 是0要麽(me) 是1；而量子比特可以同時是0和1，或者同時處於(yu) 任何兩(liang) 個(ge) 數學疊加位，允許研究人員進行更複雜的操作。

　　“最初我們(men) 是想找到一種方法，隻需一步就把量子比特放在其狀態中任何可能的疊加位。”論文第一作者、物理學研究生克裏斯托弗·耶爾說，“結果我們(men) 隻需調整與(yu) 自旋電子相互作用的激光就實現了這一點，而且我們(men) 能產(chan) 生自旋態的相幹旋轉，並讀出電子的相對自旋狀態。”

　　此外，全光方法還有升級的潛力。物理學研究生戴維·克裏斯托指出：“假如你有一排按順序排列的這種量子比特，當用傳(chuan) 統的微波場方法時，很難在與(yu) 其中任一個(ge) ‘交談’時不影響其他比特。理論上，在一個(ge) 理想的光學係統中，新技術能把光線集中到單個(ge) 量子比特上，隻跟它‘交談’。”

　　研究小組認為(wei) ，雖然開發出實際的量子計算機還要再等幾年，但新研究為(wei) 這一最終目標開辟了新路徑。量子計算設備能執行某些精密計算和複雜功能，比現有計算機效率高得多，將推動諸多領域進一步發展，如量子加密和量子模擬。