美國科學家使用其研發(fā)的獨特的金屬—半導體“混血”納米設備，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構中首次實現(xiàn)了對量子比特自旋進行完全的量子控制，這些新進展朝著制造出量子計算機邁開了更加關鍵的一步。該研究成果發(fā)表在7月1日的《自然》雜志上。

馬里蘭大學納米中心的物理學家歐陽敏教授領導的研究團隊表示，新發(fā)現(xiàn)將加速推進與量子計算和能源生產(chǎn)有關的納米設備的出現(xiàn)，比如，研發(fā)出更高效的光伏電池，或促進諸如生物標志物等其他基于光與物質(zhì)相互作用的技術的發(fā)展。實際上，該研究團隊已經(jīng)開始使用這種技術來研發(fā)新的、轉化效率更高的光伏電池。

歐陽敏團隊使用化學熱力學方法，在溶液中制造出了一系列不同的“混血”組合物，每一個組合物都有一個單晶半導體殼，里面包裹著金屬。在最新的研究中，研究人員使用這些金屬/半導體“混血”而成的納米設備，在實驗室中演示了一個等離子（金屬發(fā)出的）和一個應激子（半導體殼發(fā)出的）之間的“可調(diào)共振耦合”，結果，這種耦合加強了光學斯塔克效應（60多年前，科學家研究光和原子之間的相互作用時，發(fā)現(xiàn)了該效應，該效應表明，可以用光來改變原子的量子狀態(tài)），因此，有望通過光來控制量子狀態(tài)。

美國國家標準與技術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體組成的異種納米設備，并使用這種納米設備作為“納米天線”與半導體納米設備以及光發(fā)射器內(nèi)外的光進行更有效的耦合。

布萊恩表示，歐陽敏領導的這項研究表明，金屬納米天線周圍環(huán)繞著半導體外殼這樣的納米設備能夠完成同樣的目標，而且，這樣的結構簡單易制造，應用范圍也很廣。最重要的是，科學家能夠通過操縱這種光和物質(zhì)的耦合，對半導體納米發(fā)射器進行相干量子控制，而量子信息的處理過程中必須實施這種控制。

歐陽敏團隊認為，使用其研發(fā)出的晶體—金屬“混血”納米設備，他們能夠完成這種相干量子控制。而且，新納米設備也對晶體外延生長大有裨益。晶體外延生長一直是制造單晶半導體和相關設備的主要方式，新方法可避免限制晶體外延生長的兩個關鍵因素：沉積半導體層的厚度和晶格匹配。

馬里蘭大學的科學家指出，新方法除了增強其“混血”納米結構的能力外，并不需要傳統(tǒng)的晶體外延生長所需的潔凈室，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)。