在電氣工程系助理教授Justus Ndukaife的領(lǐng)導(dǎo)下，范德比爾特大學(xué)的研究人員首次推出了一種利用低功率激光束誘捕和移動(dòng)被稱為具有氮空穴中心的單一膠體納米金剛石的納米材料的方法。

一根人類頭發(fā)的寬度約為90000納米；而納米鉆石則小于100納米。Ndukaife解釋說(shuō)，這些碳基材料是少數(shù)能夠釋放所有光的基本單位——單光子，未來(lái)量子光子學(xué)應(yīng)用的組成部分。

目前有可能利用聚焦在納米級(jí)金屬表面附近的光場(chǎng)來(lái)捕獲納米金剛石，但不可能以這種方式移動(dòng)它們，因?yàn)榧す馐墓獍邔?shí)在太大了。使用原子力顯微鏡，科學(xué)家們需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)才能在發(fā)射增強(qiáng)環(huán)境附近將納米鉆石一個(gè)個(gè)推到合適的位置，形成一個(gè)有用的結(jié)構(gòu)。

此外，為了創(chuàng)造糾纏源和量子比特，提高量子計(jì)算機(jī)處理速度的關(guān)鍵要素，需要幾個(gè)納米金剛石發(fā)射器靠近，以便它們能夠相互作用，形成量子比特。Ndukaife說(shuō)：“我們著手通過(guò)使用一種跨學(xué)科的方法使誘捕和操縱納米金剛石變得更加簡(jiǎn)單。我們的鑷子，一個(gè)低頻電熱等離子體鑷子（LFET），將一小部分激光束與低頻交變電流電場(chǎng)相結(jié)合。這是一種捕獲和移動(dòng)納米鉆石的全新機(jī)制。一個(gè)繁瑣的、長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的過(guò)程被縮短到幾秒鐘，LFET是同類技術(shù)中第一個(gè)可擴(kuò)展的運(yùn)輸和按需組裝技術(shù)?！?/p>

Ndukaife的工作是量子計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵成分，這項(xiàng)技術(shù)將很快實(shí)現(xiàn)大量的應(yīng)用，從高分辨率成像到創(chuàng)建不可破解的系統(tǒng)和越來(lái)越小的設(shè)備和計(jì)算機(jī)芯片。2019年，美國(guó)能源部投入了6070萬(wàn)美元的資金，以推進(jìn)量子計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

“控制納米金剛石以制造可用于這類技術(shù)的高效單光子源將塑造未來(lái)，”Ndukaife說(shuō)，“為了增強(qiáng)量子特性，必須將量子發(fā)射器（如帶有氮空穴中心的納米金剛石）與納米光子結(jié)構(gòu)相耦合。”

Ndukaife打算進(jìn)一步探索納米金剛石，將它們排列到旨在提高其發(fā)射性能的納米光子結(jié)構(gòu)上。有了它們，他的實(shí)驗(yàn)室將探索在信息處理和成像的片上平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)超亮單光子源和糾纏的可能性。“我們有很多東西可以利用這項(xiàng)研究來(lái)建立，”他說(shuō)，”這是第一項(xiàng)允許我們使用低功率激光束在二維空間動(dòng)態(tài)操縱單個(gè)納米級(jí)物體的技術(shù)。”