鑽石很酷 - 即使在室溫下也是如此。使鑽石自然最難材料的僵硬的結構結構可以使原子免受熱振動的影響，而不是永遠的，而是比其他材料更長的時間。
現在，物理學家已經學會了使用這種終極繭質量在室溫下以單個原子的形式存儲和操縱信息，而在其他材料中，這種質量需要到達絕對零的附近。由於其原子可以存儲臭名昭著的量子信息，因此鑽石已成為未來量子計算機中使用的候選材料。這樣的設備將依靠量子怪異來執行某些任務，這些任務將使普通的計算機直到時間結束。
鑽石，特別是人造鑽石，還可以找到更迫在眉睫的應用，例如用牢不可破的加密傳達數據，甚至可以推進對量子理論本身的理解。為這些應用提供動力，只需小型人造鑽頭芯片以及便宜的工具，例如簡單的激光器。
“鑽石的美在於，它將所有這些物理學帶到桌面上，”加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）的David Awschalom說。
鑽石可以是鋒利的切割器，但是從普通電子產品的角度來看，它們至少以最純淨的形式很乏味。 Diamond的碳原子晶格不會導致電力，幾乎沒有磁性。不過，沒有100％純淨的水晶這樣的東西，鑽石的雜質實際上是瑪麗蓮·夢露的美容標記，使其對物理學有吸引力。 Awschalom在美國科學進步協會年會（AAAS）的年度會議上在波士頓舉行的一次演講中說：“正是污垢引起了不尋常的財產。”
氮是鑽石中最常見的雜質，它可以代替晶體中的碳原子。最有用的氮雜質是那些恰好在空缺旁邊的氮雜質，這是碳否則將是的晶體中的差距。即使缺少一個分子原子，氮的兩個電子將其軌道延伸到空缺中並形成分子形結構。該虛擬分子稱為氮呈（NV）中心，具有自旋，磁性的量子形式。
旋轉就像微觀棒磁鐵一樣，可以通過指向不同的方向來編碼和存儲信息。一個稱為稍微的信息單位，例如，如果旋轉指向指向，則可以是1。
旋轉也可以同時上下移動，在這種情況下，旋轉處於特殊的“量子狀態”。量子狀態包含量子位信息或Qubits。量子計算機可以使用量子位多個狀態進行計算，這實際上就像同時進行多個計算一樣。例如，這可能使其能夠搜索數據庫或以普通計算機無法實現的速度找到全數字的主要因素。
但是眾所周知，量子狀態是微妙的，即使是小的干擾也可能導致量子中存儲的信息的完全丟失。到目前為止，研究人員僅在良好的控制系統中存儲和操縱少數噸位，例如懸浮在電磁陷阱中的單個離子或冷卻至非常低溫的超導材料。在發表的論文科學，Awschalom和他的合作者描述了他們如何實現對Diamond中NV中心的類似控制水平。
綠色與NV
除了旋轉外，NV中心還具有獨特的焦點方式。他們對光有簽名響應，這意味著當其餘材料沒有的情況下，它們將用藍色或綠燈熒光熒光。通常，它們也很少，並且在毫米間隔較遠之間，因此可以使用光學顯微鏡和敏感的光檢測器分別發現它們。
JörgWrachtrup，現在位於德國斯圖加特大學，他的合作者於1997年首次在Diamond成像。研究人員首先在寒冷的溫度下嘗試了NV中心，據說NV中心更容易孤立。那沒用。但是，當研究人員升高溫度時，他們會驚訝地看到NV中心的光開始從散落的光的嘈雜背景中脫穎而出。
在最近的實驗中，Awschalom和他的團隊首次探索了他們可以操縱NV中心州的全部程度。研究人員在單個NV中心進行了歸零。他們使用激光脈衝將NV中心的電子踢到已知的最低能量狀態，並準備記錄量子。然後，他們使用微波輻射輕輕撓痒癢。 UCSB的Microsoft Corp.研究團隊的一部分，Awschalom的同事Adrian Feiguin解釋說，Spin採用了三個同時指示的不同數學組合，從而同時編碼了不同的信息。通過第二次激光脈衝，研究人員還製造了NV中心熒光，因此他們可以在不同時間測量其狀態，從本質上讀取信息。
同時，NV中心也感覺到附近其他旋轉的存在，就像幾個棒磁鐵近距離時會互相發揮磁力。其他雜質主要是“黑暗”的氮原子，這意味著它們沒有與空位配對，因此它們沒有熒光。原則上，固體小區域中的所有旋轉都可以互相影響，並且團隊需要測試這種互動網絡如何影響存儲在其NV中心量子中的信息。
該團隊預計，在某些情況下，NV中心將很快失去其量子怪異，並從多個州轉變為明確的單個狀態，就像任何宏觀對像一樣。研究人員發現，在某種意義上，NV中心周圍的旋轉狀態決定了量子的豐富性。用磁鐵調諧旋轉，使旋轉或多或少地編碼了信息。但是在所有情況下，量子都可以確保信息的安全。
根據紐約約克鎮高地IBM TJ Watson Research Center的David Divincenzo的說法，Awschalom及其同事對NV中心的量子狀態“表現出非常高度的控制權”，與ION TRAPS所做的事情相當，與ION陷阱相媲美，這是量子信息的最新信息狀況。
哈佛大學的米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）說，但是實驗也具有更廣泛的影響。它表明“鑽石量他現在可以用作探測基本物理學的測試床。”對於物理學家來說，相互作用的旋轉幾乎是複雜性的象徵。模擬可以預測幾十個旋轉將如何來回翻轉，理論描述了磁性材料宏觀塊中大量原子的統計行為。但是在實驗上，沒有人能夠看到一個揚聲器內部的磁鐵在音樂播放時會發生什麼。 Awschalom說，Diamond提供了難得的機會，可以看到單個旋轉如何與鄰居相互作用。
這不會傷害貴族
物理學家說，完全控制量子的狀態是使鑽石適合量子計算的一步。這條路會很長，但是已經採取了令人鼓舞的步驟。
最重要的是意識到鑽石可以在室溫下保持量子狀態不受干擾。 Awschalom說，例如，NV中心的自旋狀態可以持續到毫秒，這在量子世界中是永恆的。在一毫秒內，量子計算機將能夠執行數千個計算，每個計算一次涉及多個狀態。
這個十年早些時候，由華盛頓特區海軍研究實驗室的托馬斯·肯尼迪（Thomas Kennedy）領導的團隊是第一個操縱鑽石中一個NV中心的團隊，這使量子計算社區提醒了鑽石的潛力。
近年來，由Awschalom和Wrachtrup領導的團隊在兩個鑽石量子位之間進行了第一次量子邏輯操作。邏輯操作（位於位的計算）都是任何信息處理的構件。在典型的邏輯操作中，如果將第二位設置為1，則可以翻轉一些位（反之亦然），如果將第二位設置為0，則可以單獨將其放置。這兩個團隊使用附近的氮氣雜質在NV中心上執行了此簡單操作。更確切地說，他們做了一個更複雜的操作版本，涉及兩個量子位的量子狀態。在此過程中，兩個量子位通過佔據共享的量子狀態，成為一個單一的信息單位，物理學家稱之為糾纏狀態。
去年，盧金（Lukin）和他的合作者展示了一個單一的NV中心如何將信息基本上寫入附近碳原子的細胞核中。儘管碳12的最常見同位素幾乎沒有磁性，但自然界中約有1％的碳是碳13。這是同位素的額外中子，從而賦予其核的旋轉。碳-13原子的磁性比氮原子弱得多。但是盧金（Lukin）和他的團隊使用了純淨的氮氣晶體，其氮濃度低，因此碳13旋轉會脫穎而出。這樣，研究人員可以使用NV中心一次控制幾種碳-13原子的量子狀態，這是將信息存儲在普通RAM中的量子。
盧金（Lukin）在三月份在新奧爾良的美國物理協會的一次會議上說，碳13核可能比NV中心保持安全性更長的時間，甚至可能持續了幾秒鐘。
遠程糾纏
糾纏幾個量子位是一個不錯的一步，但是實用的量子計算機需要擁有數十個甚至數百台。有了鑽石，還沒有人能做到這一點。任何類型的糾纏Qubits的當前記錄是八個被困的離子。
幾乎可以實現的目標是將兩個鑽石量子糾纏在遠處。遠程糾纏是量子網絡的關鍵要求，在該要求中，發件人和接收器將使用糾纏量子的序列共享秘密加密密鑰。任何試圖竊取鑰匙的竊聽者都會破壞糾纏，這將使兩個合法的政黨知道他們的溝通渠道被利用。
盧金說，原則上很容易糾纏兩個鑽石量子。當NV中心通過熒光排放光子，並且該光子碰到另一個NV中心時，兩個量子位會糾纏。麻煩是，熒光光子傾向於沿隨機方向飛行。訣竅是以某種方式將光子從一個量子引導到另一個量子。盧金（Lukin），awschalom和其他人正在嘗試各種方法，他們說這應該使他們能夠糾纏NV中心。
盧金（Lukin）的方法，2007年11月15日描述自然，是將光子變成在金屬納米線表面傳播的信號。這足以糾纏於同一芯片中的Qubit。 Awschalom的團隊正在研究另一種技術，該技術在2007年11月12日進行了描述應用物理字母，其中Qubit放在微小的腔內。本質上是一個鏡子大廳，腔捕獲了特定波長的熒光光子。通過交換這些光子，在同一腔內內的兩個量子位將成為諧振振動的光學等效物。或者，光纖可以從腔體收集光子，並將其帶到另一個目的地，可能很遠。
像納米一樣
同時，其他種類的雜質將為菜單帶來更多選擇。包括澳大利亞墨爾本大學的史蒂文·普勞（Steven Prawer's）在內的幾個實驗室正在一次通過將原子或分子拍攝到鑽石晶體中的巨大雜質。在最近的AAAS會議上，Prawer說，鎳斑中心在量子衛星通信方面特別有希望，因為它們會用紅外光子熒光，甚至可以通過多雲的天空。
原子位於納米技術的極端邊緣，其本身比納米分子小得多。正如Awschalom所說，“這與您要獲得的納米一樣。”計算最終可能會達到原子量表，但是很難以鑽石，離子陷阱或其他候選形式預測。 Awschalom說：“說哪種技術更有希望是危險的。”
Diamond的優勢是它可以在同一芯片上進行邏輯，存儲和通信。但是，也許不同的技術會發現不同的應用程序。
此後，肯尼迪（Kennedy）轉向了另一種稱為量子點的候選技術，他同意。他說：“你有一個健康的競爭。” “而且很可能會持續一段時間。”
