納米比亞古老寶石或成為制造新型光基量子計算機的關鍵

近日，科學家研究發現，一種由古老的納米比亞寶石形成的特殊光可能是制造新型光基量子計算機的關鍵，并成功利用前述寶石制造了迄今為止最大的里德堡極化子。

一種從納米比亞開采的氧化亞銅寶石晶體，可用于制造里德堡極化子，圖片來自圣安德魯斯大學

前述研究由英國圣安德魯斯大學領導，美國哈佛大學、澳大利亞麥考瑞大學和丹麥奧胡斯大學的科學家合作進行。該研究使用了一種天然采自納米比亞（即納米比亞共和國，原稱西南非洲，位于非洲西南部）的氧化亞銅寶石來生產里德堡極化子(Rydberg polaritons)，這是迄今為止制造出的光與物質的最大混合粒子。相關成果發表在《自然·材料》(Nature Materials)。

圖片來自《自然·材料》(Nature Materials)

里德堡極化子不斷地在從光與物質之間轉換。在里德堡極化子中，光和物質就像硬幣的兩面，而物質的一面是使極化子相互作用的原因。這種相互作用是至關重要的，因為這使得量子模擬器成為可能。

量子模擬器是一種特殊類型的量子計算機，將信息存儲在量子比特中。與傳統計算機中只能為0或1的二進制位不同，量子比特可以同時取0和1的值。因此，量子計算機可以存儲更多信息，并同時執行多個工作進程。

量子模擬器可以用于解決物理學、化學和生物的重要謎題。例如，如何為高速列車制造高溫超導體，如何制造出更廉價的肥料以解決全球饑餓問題，如何破解蛋白質折疊難題從而生產更有效的藥物。

“用光制造量子模擬器是科學界的‘圣杯’。我們已經在這方面邁出了一大步，制造了量子模擬器的關鍵成分里德堡極化子。”圣安德魯斯大學物理與天文學學院項目負責人Hamid Ohadi說道。

吸收光譜和空腔結構，圖片來自論文

為了制造里德堡極化子，研究人員將光捕獲在兩個高度反射的鏡子間。然后，從納米比亞開采的石頭中提取氧化亞銅晶體，并將其削薄、拋光成30微米厚的薄片(比人類頭發絲還細)，并將其放置在兩面鏡子之間，使得里德堡極化子比之前大100倍。

“在eBay購物網站上購買這顆寶石很容易。這項研究的挑戰在于如何制造存在于極窄顏色范圍內的里德堡極化子?！闭撐闹饕髡咧?、圣安德魯斯大學物理與天文學學院Sai Kiran Rajendran表示。

目前，前述團隊正在進一步完善研究方法，以探索制造量子電路的可能性，這將是量子模擬器所需的下一個關鍵組成部分。

關鍵詞： 量子計算機 納米比亞