石墨烯量子计算机,带石墨烯的量子计算

基于石墨烯的两光子门的示意图。

一种由一块碳原子组成的新材料，可以导致光学量子计算机的新设计。维也纳大学和巴塞罗那光子科学研究所的物理学家们已经表明，定制的石墨烯结构使单光子能够相互交流。量子计算机的新架构发表在最近一期的npj量子信息。

光子几乎不与环境相互作用，因此成为存储和传输量子信息的主要候选者。同样的功能使得操作在光子中编码的信息特别困难。为了建立光子量子计算机，一个光子必须改变一秒的状态。这种器件被称为量子逻辑门，构建量子计算机需要数百万个逻辑门。实现此目的的一个方法就是使用所谓的"非线性材料"，其中两个光子在材料内相互作用。不幸的是，标准非线性材料的效率太低，不能构建量子逻辑门。

最近人们认识到，使用plasmons可以大大增强非线性相互作用。在质子中，光与材料表面的电子是绑定的。然后，这些电子可以帮助光子更强烈地相互作用。然而，在所需的量子效应发生之前，标准材料中的质质会衰变。

维也纳大学的菲利普·沃尔瑟教授领导的科学家团队在他的新工作中，提议用石墨烯制造石墨烯。这种仅仅在十年前发现的二D物质由一层碳原子组成，这些碳原子排列在蜂窝结构中，自从发现以来，它一直让我们感到惊讶。为了这个特殊目的，石墨烯中电子的特殊配置导致极强的非线性相互作用和极强的质子，这种相互作用可以活得特别长。

基于石墨烯的两光子门的示意图。

在他们提议的石墨烯量子逻辑门中，科学家们表明，如果用石墨烯制造的纳米粒子制造出单一的聚类，那么不同纳米粒子中的两个聚类可以通过电场相互作用。如果每个板条留在其带子中，多个门可以应用于量子计算所需的板子。这项研究的第一作者伊拉蒂·阿隆索·卡拉费尔说："我们已经表明，石墨烯中强烈的非线性相互作用使得两个板状动物不可能跳进同一条丝带中。

他们提出的方案利用石墨烯的几种独特特性，每种特性都单独观察到。维也纳的研究小组目前正在对一个类似的石墨烯系统进行实验测量，以确认其门与当前技术的可行性。由于门是自然小，并在室温下工作，它应该很容易扩大，这是许多量子技术的要求。

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