纳米比亚古老宝石或成为制造新型光基量子计算机的关键

近日，科学家研究发现，一种由古老的纳米比亚宝石形成的特殊光可能是制造新型光基量子计算机的关键，并成功利用前述宝石制造了迄今为止最大的里德堡极化子。

一种从纳米比亚开采的氧化亚铜宝石晶体，可用于制造里德堡极化子，图片来自圣安德鲁斯大学

前述研究由英国圣安德鲁斯大学领导，美国哈佛大学、澳大利亚麦考瑞大学和丹麦奥胡斯大学的科学家合作进行。该研究使用了一种天然采自纳米比亚（即纳米比亚共和国，原称西南非洲，位于非洲西南部）的氧化亚铜宝石来生产里德堡极化子(Rydberg polaritons)，这是迄今为止制造出的光与物质的最大混合粒子。相关成果发表在《自然·材料》(Nature Materials)。

图片来自《自然·材料》(Nature Materials)

里德堡极化子不断地在从光与物质之间转换。在里德堡极化子中，光和物质就像硬币的两面，而物质的一面是使极化子相互作用的原因。这种相互作用是至关重要的，因为这使得量子模拟器成为可能。

量子模拟器是一种特殊类型的量子计算机，将信息存储在量子比特中。与传统计算机中只能为0或1的二进制位不同，量子比特可以同时取0和1的值。因此，量子计算机可以存储更多信息，并同时执行多个工作进程。

量子模拟器可以用于解决物理学、化学和生物的重要谜题。例如，如何为高速列车制造高温超导体，如何制造出更廉价的肥料以解决全球饥饿问题，如何破解蛋白质折叠难题从而生产更有效的药物。

“用光制造量子模拟器是科学界的‘圣杯’。我们已经在这方面迈出了一大步，制造了量子模拟器的关键成分里德堡极化子。”圣安德鲁斯大学物理与天文学学院项目负责人Hamid Ohadi说道。

吸收光谱和空腔结构，图片来自论文

为了制造里德堡极化子，研究人员将光捕获在两个高度反射的镜子间。然后，从纳米比亚开采的石头中提取氧化亚铜晶体，并将其削薄、抛光成30微米厚的薄片(比人类头发丝还细)，并将其放置在两面镜子之间，使得里德堡极化子比之前大100倍。

“在eBay购物网站上购买这颗宝石很容易。这项研究的挑战在于如何制造存在于极窄颜色范围内的里德堡极化子。”论文主要作者之一、圣安德鲁斯大学物理与天文学学院Sai Kiran Rajendran表示。

目前，前述团队正在进一步完善研究方法，以探索制造量子电路的可能性，这将是量子模拟器所需的下一个关键组成部分。

关键词： 量子计算机 纳米比亚