物质与光之间的信息量子传输取得了突破

　　从静止到具有前所未有的速度的飞行量子比特…这一由蒙特利尔综合理工学校和法国国家科学研究院完成的壮举使我们朝着通过量子原理来传输信息的时代又近了一步。

　　一篇题为《与ZnSe中的Te等电子中心绑定的空穴自旋的高逼真度和超快初始化》的文章最近发表在了《物理评论快报》杂志上。在一种大家熟知的半导体材料——硒化锌上创造出量子比特，有可能在支配纳米尺度物质的行为的量子物理学和以光的速度完成的信息传递之间产生一个界面，从而为量子通信网络的产生铺平了道路。

　　经典物理与量子物理

　　在当今的计算机中，经典物理起着统治作用。数十亿的电子一起工作，以产生一个信息位：0代表不存在电子，1代表存在电子。在量子物理学中，单电子是首选，因为它们表现出了一个惊人的属性：电子的取值可以为0或1或这两种状态的任意叠加态。这就是量子比特，经典比特在量子世界中的等效物。量子比特为研究者提供了惊人的可能性。

新的研究成果为量子通信网络的产生铺平了道路。

　　一个电子围绕着自身旋转，有点像一个旋转的陀螺。这就是自旋。通过施加磁场，该自旋的指向会向上，向下，或同时向上和向下从而形成一个量子比特。还有更好的，我们可以使用电子的缺失来代替电子；这就是物理学家称之为“空穴”的东西。和它的近亲——电子一样，空穴也具有自旋可以形成量子比特。量子比特本质上是一个脆弱的东西，因此它们需要一个特殊的环境。

　　硒化锌，碲掺杂：世界首例

　　硒化锌，或者叫ZnSe，是一种原子被精确排列的晶体。它也是一种半导体，很容易人为地引入碲杂质——硒在元素周期表中的一个近亲，在碲杂质上空穴被束缚，就像玻璃中的气泡一样。

　　这个环境保护了空穴的自旋——我们的量子比特——并有助于在长时间内保持量子比特的量子信息的准确性；这就是相干时间，这是世界各地的物理学家一直在试图通过一切可能的手段来延长的时间。选择硒化锌是有目的的，因为它可以提供所有的半导体材料所能提供的最安静的环境。

　　蒙特利尔综合理工学校和法国国家科学研究院，一个团队的努力

　　Philippe St-Jean，Sébastien Francoeur小组的一名博士研究生，采用一个激光器产生的光子来激发空穴并记录量子信息。为了读取信息，他用激光再次激发空穴然后收集所发射的光子。得到的是静止的量子比特——编码在被晶体俘获的空穴的自旋和飞行量子比特——以光速飞行的光子之间的一个量子信息传递。

　　这一新技术显示，以一种比目前所有的方法都快的方法产生量子比特是可能的。事实上，只需要几百个皮秒，或不到1个纳秒，就足以从一个飞行量子比特飞到一个静态量子比特，反之亦然。

　　虽然这一成就的前景很好，但是在量子网络可以用来进行无条件安全的银行交易或建立一个能够执行最复杂计算的量子计算机之前，还有很多的工作要做。这是Sébastien Francoeur的研究小组将继续研究的艰巨任务。

　　加拿大自然科学和工程研究委员会（NSERC）资助了Francoeur先生和他的团队的研究。