日本橫濱國立大學(YokohamaNational University)的研究人員,早前成功在鑽石結構中傳送量子資訊。

被視為下一代通訊技術,量子通訊是利用量子力學的特性,給訊息加密。對比傳統的加密方法,量子力學具有「量子糾纏」及「測不準」的特性,假如有其他人嘗試入侵盜取數據,「量子糾纏」會出現改變,於是傳送者及接收者都會知道有人偷看訊息,甚至可透過逆向工程知道入侵者的訊息,而「測不準」的特性則永遠讓黑客拿不到準確訊息。目前的加密方法則是「被動式防守」,但假如被黑客攻破並毀滅大量證據,也難以確認入侵來源。

雖然意念理想,但如何利用量子加密方式傳遞資訊及解密,則仍在研究之中。日本的科研人員表示,利用量子遙傳(quantumteleportation)的方法,能夠讓量子資訊傳送至一個原本無法進入的空間,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。

科學界認為,其中一個「無法進入的空間」,就是鑽石內部。完美的鑽石由碳原子以共價鍵(covalent bond)構成,形成堅固的晶格。不過,當鑽石內有氮原子時,晶格會產生缺陷,稱為氮原子空缺中心(nitrogen-vacancy center),成為科研人員的「奈米磁鐵」,也是攻克難題的「空間」。

「氮原子空缺中心」攻克難題

日本的研究人員將人類頭髮1/4寬的電線接到鑽石的表面,然後利用微波及無線電波在鑽石周圍產生振盪磁場,接着他們使用「氮原子空缺中心」的磁鐵功能,固定電子,並由微波及無線電波讓電子與碳原子核自旋,也就是讓電子與碳原子核產生糾纏。

兩個粒子成功產生糾纏後,他們會加入一顆帶有量子資訊的光子,電子會吸收該光子。由於量子糾纏,電子吸收光子的能量後,也會令產生糾纏旳碳原子核出現變化,故光子訊息也會傳輸到碳原子上,從而實現量子級的資訊遙傳。

這次發現,有助尋找實現可規模化的「量子中繼器」,應用於長距離量子通訊及量子電腦中。或許,有朝一日,鑽石放進一個「量子解碼器」中,可能會聽到身邊摯愛說:我愛你。