美國(guó)科學(xué)家使用其研發(fā)的獨(dú)特的金屬—半導(dǎo)體“混血”納米設(shè)備，演示了一種新的光和物質(zhì)的相互作用，且在僅為幾納米的膠體納米結(jié)構(gòu)中首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子比特自旋進(jìn)行完全的量子控制，這些新進(jìn)展朝著制造出量子計(jì)算機(jī)邁開了更加關(guān)鍵的一步。該研究成果發(fā)表在7月1日的《自然》雜志上。

馬里蘭大學(xué)納米中心的物理學(xué)家歐陽敏教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)表示，新發(fā)現(xiàn)將加速推進(jìn)與量子計(jì)算和能源生產(chǎn)有關(guān)的納米設(shè)備的出現(xiàn)，比如，研發(fā)出更高效的光伏電池，或促進(jìn)諸如生物標(biāo)志物等其他基于光與物質(zhì)相互作用的技術(shù)的發(fā)展。實(shí)際上，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始使用這種技術(shù)來研發(fā)新的、轉(zhuǎn)化效率更高的光伏電池。

歐陽敏團(tuán)隊(duì)使用化學(xué)熱力學(xué)方法，在溶液中制造出了一系列不同的“混血”組合物，每一個(gè)組合物都有一個(gè)單晶半導(dǎo)體殼，里面包裹著金屬。在最新的研究中，研究人員使用這些金屬/半導(dǎo)體“混血”而成的納米設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)室中演示了一個(gè)等離子（金屬發(fā)出的）和一個(gè)應(yīng)激子（半導(dǎo)體殼發(fā)出的）之間的“可調(diào)共振耦合”，結(jié)果，這種耦合加強(qiáng)了光學(xué)斯塔克效應(yīng)（60多年前，科學(xué)家研究光和原子之間的相互作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)了該效應(yīng)，該效應(yīng)表明，可以用光來改變?cè)拥牧孔訝顟B(tài)），因此，有望通過光來控制量子狀態(tài)。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院原子物理分部的加尼特·布萊恩表示，過去的幾年中，很多研究人員正在研究金屬和半導(dǎo)體組成的異種納米設(shè)備，并使用這種納米設(shè)備作為“納米天線”與半導(dǎo)體納米設(shè)備以及光發(fā)射器內(nèi)外的光進(jìn)行更有效的耦合。

布萊恩表示，歐陽敏領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究表明，金屬納米天線周圍環(huán)繞著半導(dǎo)體外殼這樣的納米設(shè)備能夠完成同樣的目標(biāo)，而且，這樣的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易制造，應(yīng)用范圍也很廣。最重要的是，科學(xué)家能夠通過操縱這種光和物質(zhì)的耦合，對(duì)半導(dǎo)體納米發(fā)射器進(jìn)行相干量子控制，而量子信息的處理過程中必須實(shí)施這種控制。

歐陽敏團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，使用其研發(fā)出的晶體—金屬“混血”納米設(shè)備，他們能夠完成這種相干量子控制。而且，新納米設(shè)備也對(duì)晶體外延生長(zhǎng)大有裨益。晶體外延生長(zhǎng)一直是制造單晶半導(dǎo)體和相關(guān)設(shè)備的主要方式，新方法可避免限制晶體外延生長(zhǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵因素：沉積半導(dǎo)體層的厚度和晶格匹配。

馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家指出，新方法除了增強(qiáng)其“混血”納米結(jié)構(gòu)的能力外，并不需要傳統(tǒng)的晶體外延生長(zhǎng)所需的潔凈室，也不需要在真空中才能產(chǎn)生的物質(zhì)，因而有利于大規(guī)模生產(chǎn)。