橫濱國立大學（Yokohama National University）的研究人員成功在鑽石結構內傳送量子資訊。這項研究對於量子資訊科技，也就是未來重要資訊如何分享及儲存具有重大意義。
量子遙傳
橫濱國際大學工程學教授小坂秀夫表示：「量子遙傳（quantum teleportation）允許將量子資訊傳至一個原本無法進入的空間。它也允許將資訊傳輸至量子記憶體中，而不會洩露或破壞已儲存的量子資訊。」
在這篇研究中，所謂無法進入的空間，指得是鑽石中的碳原子。鑽石是由彼此連結的碳原子組成，但這些碳原子又各自含有碳原子，使其成為量子遙傳的完美材料。
鑽石結構
一個碳原子在原子核中有六個質子和六個中子，並且周圍圍繞六個電子。當碳原子鍵結到鑽石上時，會形成堅固的晶格。但是，若氮原子存在於應填滿碳原子的兩個相鄰空缺的其中之一時，鑽石會產生很複雜的缺陷，這個缺陷稱為氮原子空缺中心（nitrogen-vacancy center）。由於被碳原子圍繞，氮原子的原子核結構形成了一個小坂教授所謂的「奈米磁鐵」。
為了操控在空缺中的電子及碳同位素，小坂教授及其團隊將僅人類頭髮 1/4 寬的電線接到鑽石的表面上。接著，他們將微波及無線電波施加於電線上，以在鑽石周圍產生振盪磁場，並調整微波以產生在鑽石內傳遞量子資訊的最佳控制條件。
研究團隊接著使用氮的奈米磁鐵來固定電子。藉由微波及無線電波，讓電子自旋與碳原子核自旋，也就是電子與碳原子核的角動量產生糾纏。電子自旋在奈米磁鐵產生的磁場下會崩解，使其容易產生糾纏。一旦兩個粒子產生糾纏，也就是其物理性質糾纏在一起，以致於無法單獨描述時，會施加一顆帶有量子資訊的光子，而電子會吸收該光子。這種吸收讓光子的偏振態得以傳輸到碳原子，進而被糾纏態電子所調節，表現出量子等級的資訊遙傳。
未來應用
小坂教授表示：「將光子成功儲存在另一個節點，建立了兩個相鄰節點間的糾纏。該過程被稱作量子中繼器，可以在量子場中將單個資訊塊從一個節點送到另一個節點。我們的最終目標是要實現可規模化的量子中繼器，應用於長距離量子通訊，並實現用於大規模量子運算及計量學上的分散式量子電腦。」
參考資料：
- News Release, (2019, June 28). Researchers teleport information within a diamond. EurekAlert
- Kazuya Tsurumoto, K., et al., (2019, June 28). Quantum teleportation-based state transfer of photon polarization into a carbon spin in diamond. Communications Physics