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，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金屬表面附近的光場來捕獲納米金剛石，但不可能以這種方式移動它們，因為激光束的光斑實在太大了。使用原子力顯微鏡，科學(xué)家們需要花費數(shù)小時才能在發(fā)射增強環(huán)境附近將納米鉆石一個個推到合適的位置，形成一個有用的結(jié)構(gòu)。

此外，為了創(chuàng)造糾纏源和量子比特，提高量子計算機處理速度的關(guān)鍵要素，需要幾個納米金剛石發(fā)射器靠近，以便它們能夠相互作用，形成量子比特。Ndukaife說：“我們著手通過使用一種跨學(xué)科的方法使誘捕和操縱納米金剛石變得更加簡單。我們的鑷子，一個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相結(jié)合。這是一種捕獲和移動納米鉆石的全新機制。一個繁瑣的、長達(dá)數(shù)小時的過程被縮短到幾秒鐘，LFET是同類技術(shù)中第一個可擴展的運輸和按需組裝技術(shù)。”

Ndukaife的工作是量子計算的一個關(guān)鍵成分，這項技術(shù)將很快實現(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)和越來越小的設(shè)備和計算機芯片。2019年，美國能源部投入了6070萬美元的資金，以推進(jìn)量子計算和網(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，”Ndukaife說，“為了增強量子特性，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?！?/p>

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，他的實驗室將探索在信息處理和成像的片上平臺中實現(xiàn)超亮單光子源和糾纏的可能性?！拔覀冇泻芏鄸|西可以利用這項研究來建立，”他說，”這是第一項允許我們使用低功率激光束在二維空間動態(tài)操縱單個納米級物體的技術(shù)?！?/p>