图片来源：横滨国立大学
金刚石的晶格结构包含一个氮空位中心和周围的碳。碳同位素(绿色)首先与空位中的电子(蓝色)纠缠，然后电子(蓝色)等待光子(红色)吸收，从而导致量子隐形传态?基于状态的光子到碳存储器的传输。
横滨国立大学的研究人员在钻石的范围内安全地传送量子信息。这项研究对量子信息技术具有重大意义——未来如何共享和存储敏感信息。
研究人员于2019年6月28日在《通信物理学》上发表了他们的研究结果。
“量子隐形传态允许把量子信息转移到一个原本无法进入的空间，”横滨国立大学(Yokohama National University)工程学教授、该研究的作者小坂秀夫(Hideo Kosaka)说。“它还允许将信息传输到量子内存中，而不会泄露或破坏存储的量子信息。”
在这种情况下，不可接近的空间由钻石中的碳原子组成。钻石由相互连接的碳原子组成，但又各自含有碳原子，是量子隐形传态的完美材料。
一个碳原子的原子核里有6个质子和6个中子，周围有6个自旋电子。当这些原子结合成钻石时，就形成了一种出了名的坚固晶格。然而，当氮原子存在于碳原子应该存在的两个相邻空位中的一个时，钻石可能会有复杂的缺陷。这种缺陷称为氮空位中心。
在碳原子的包围下，氮原子的核结构产生了小坂所说的纳米磁珠。
为了操纵空位中的电子和碳同位素，小坂和他的团队在钻石表面绑上了一根大约四分之一人类头发宽度的电线。他们将微波和无线电波应用到金属丝上，在钻石周围形成一个振荡磁场。他们塑造了微波，为钻石内部量子信息的传输创造了最佳的、可控的条件。
小坂接着用氮纳米磁铁固定了一个电子。利用微波和无线电波，小坂迫使电子自旋与碳核自旋纠缠在一起——电子和碳原子原子核的角动量。电子自旋在纳米磁珠产生的磁场中分解，使其易于纠缠。一旦这两块材料纠缠在一起，也就是说它们的物理特性纠缠在一起，无法单独描述，就会产生一个包含量子信息的光子，电子吸收光子。这种吸收允许光子的偏振态被转移到碳中，而碳是由纠缠电子介导的，这表明了信息在量子水平上的隐形传输。
“光子存储在另一个节点的成功建立了两个相邻节点之间的纠缠，”小坂说。这一过程被称为量子中继器，它可以在量子场中从一个节点接收到另一个节点的单个信息块。
小坂说:“我们的最终目标是实现可伸缩的量子中继器，用于长距离量子通信，分布式量子计算机用于大规模量子计算和计量。”
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