鉆石中發(fā)現(xiàn)量子效應(yīng) 為制作電腦芯片鋪路

現(xiàn)實(shí)版的芝諾悖論在鉆石中上演，這可以促進(jìn)量子計(jì)算的發(fā)展

21ic通信網(wǎng)訊，科學(xué)家在鉆石中發(fā)現(xiàn)了一種以古老的希臘謎題命名的量子效應(yīng)，這為人們利用鉆石晶體制作電腦芯片鋪平了道路。

“芝諾效應(yīng)”因公元前五世紀(jì)的古希臘埃利亞哲學(xué)家芝諾得名。芝諾提出，如果把飛矢的位置按照特定的時(shí)間點(diǎn)來劃分，那么在某一刻上它并不會(huì)運(yùn)動(dòng)，由于每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)都不會(huì)動(dòng)，所以飛矢永遠(yuǎn)不能到達(dá)終點(diǎn)，這就是著名的“飛矢不動(dòng)悖論”。

我們可以從量子力學(xué)的角度來研究飛矢悖論，在1977年物理學(xué)家就曾假定，如果以足夠的次數(shù)經(jīng)常性地測(cè)量一個(gè)量子系統(tǒng)，那么它將永遠(yuǎn)處于停滯狀態(tài)，正如古語所云“水壺越看越不開”。這個(gè)假說有一個(gè)基本的量子學(xué)前提：測(cè)量一個(gè)物體的屬性（比如位置）會(huì)影響其狀態(tài)。

現(xiàn)在，柏林洪堡大學(xué)的量子物理學(xué)家奧利弗·本森和他的同事在鉆石中發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng)，鉆石可以更便利地用于大規(guī)模量子計(jì)算。

物理學(xué)家觀察鉆石中的電子運(yùn)動(dòng)，格言“水壺越看越不開”的量子力學(xué)版在此上演

擾亂的振幅

研究人員重點(diǎn)關(guān)注了“氮-空位點(diǎn)”，這是鉆石中的瑕疵，其中的氮原子和一個(gè)空位替換了兩個(gè)相鄰的碳原子。他們利用微波改變“氮-空位點(diǎn)”中電子的磁自旋狀態(tài)，然后使用激光束誘發(fā)鉆石中的紅色熒光，借此觀察電子的兩種狀態(tài)。當(dāng)他們用這種方法測(cè)量氮-空位點(diǎn)時(shí)，兩種狀態(tài)之間的振幅被擾亂了，這跟“芝諾效應(yīng)”所描述的一摸一樣。

本森說：“第一步是觀察這個(gè)效應(yīng)，第二步就是利用這個(gè)效應(yīng)。”在量子計(jì)算中，信息以量子形態(tài)儲(chǔ)存在光量子或鉆石的瑕疵中。但是目前為止，受環(huán)境中的噪音干擾，鉆石微妙的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生“脫散”，研究人員無法一次性地在鉆石中儲(chǔ)存些許相互關(guān)聯(lián)的量子信息。不斷檢測(cè)鉆石狀態(tài)可以讓它們免受不可控因素的影響，研究人員可以借此拓展信息儲(chǔ)存量。

哈佛大學(xué)原子物理學(xué)家羅納德·沃爾沃思和他的團(tuán)隊(duì)在2010年就曾經(jīng)提出過假說，鉆石中存在芝諾效應(yīng)。但是在將其用于量子計(jì)算之前，我們必須搞清楚這種振幅擾亂到底是不是由量子效應(yīng)引起的，還是說有其他因素在起作用。

荷蘭代爾夫特科技大學(xué)量子物理學(xué)家羅納德·漢森專門研究氮-空位點(diǎn)，他認(rèn)為本森的實(shí)驗(yàn)和他的論文都表明了氮-空位點(diǎn)中電子的自旋可以相互關(guān)聯(lián)，這些都足以說明，鉆石確實(shí)是一種適于量子計(jì)算的材料。他說：“在未來幾年，我們就會(huì)解決這些問題。”