據物理學家組織網5月1日報道，最近，加利福尼亞大學聖芭芭拉分校（UCSB）研究人員開發（fā）出一（yī）種技術（shù），隻用激光就能對量子比特（tè）初始化，並實現了多種操縱、讀取電子自旋態等。這種方法不僅比傳統方法更能實現統（tǒng）一控製，而且功能更多樣，為探索新型固態量（liàng）子係統打開了（le）大門。相關論文發表在最新版的美國《國家科學院學（xué）報》上。

      雖然實（shí）驗用的量子比特是（shì）鑽石中的瑕疵??氮晶（jīng）格空位（NV）中心（xīn），但新技術能在更廣泛的材料中操（cāo）作。UCSB自旋電子（zǐ）學（xué）與量子計算機中心主管、物理學教授戴維?奧斯蓋勒姆說：“與（yǔ）傳統技術不同，我們（men）開發（fā）的是一種利用激光脈衝在半導體內控製（zhì）單（dān）個（gè）量子比特的全光（guāng）策略。這（zhè）將帶（dài）來一個好（hǎo）機會，讓（ràng）人（rén）們有（yǒu）望用（yòng）光子芯片（piàn）處理和交流量子信息。”

      傳統方法是利用微波場和鑽石瑕（xiá）疵的特殊屬性（xìng）來（lái）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（bèi）廣泛（fàn）研究，但（dàn）要用工業（yè）或生（shēng）長的方（fāng）法造出所（suǒ）需鑽石（shí）卻是極大的挑戰。全光控製讓人們能更多樣地操縱NV中心，這和傳統方法完全不同，還能用其他材（cái）料來研究量子係統，製造這些（xiē）材料的技術也更加成熟。UCSB物理學研究生鮑勃（bó）?巴克爾說：“這些技術將來會更普及，還可用於未曾探索（suǒ）過的量（liàng）子係統。”

      NV中心是鑽石原子（zǐ）結構上的一種瑕疵，鑽石晶格中一個碳原子被（bèi）一個氮原子取代，使其附近（jìn）空缺出一個晶格空位，圍繞氮原（yuán）子旋轉的自旋電子就變成一（yī）個量子比特，即量子計算機的基本單位。傳統技術要先（xiān）把這一量子（zǐ）比特初始化，成為具有界限清晰的能量態，然後才能與其對接。傳統計算機的（de）基本信息單位是比特，要麽是0要麽是1；而量子比特可以同（tóng）時是0和1，或者同時處於任（rèn）何（hé）兩個數學疊加位，允許研究人員進行更複雜的操作。

      “最初我們是想找到一種方法，隻需一步就把量（liàng）子比特放在（zài）其狀態中任（rèn）何可能的疊加位。”論文第一（yī）作者、物理學研究生（shēng）克裏斯托弗?耶爾說（shuō），“結果（guǒ）我們隻需調（diào）整（zhěng）與自旋電子相互作（zuò）用的（de）激光就實現了這一點，而且我（wǒ）們能產生自旋態的相幹旋轉，並讀出電子（zǐ）的相對自旋狀態。”

      此外（wài），全光方法還有（yǒu）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（liè）的（de）這種量子比特，當用傳統的微波場（chǎng）方法時，很難在與其中任一個‘交談’時不影（yǐng）響（xiǎng）其他（tā）比特。理論上，在一個（gè）理想的（de）光學係統中，新技術（shù）能（néng）把光（guāng）線集中到（dào）單（dān）個量子比特（tè）上，隻跟它‘交談’。”

      研究小組（zǔ）認為，雖然開（kāi）發出實際的量子計算機還要再等幾年，但新研究為這一最終目標開辟了（le）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（lǐng）域進一（yī）步發展，如量子加密和量子模擬。