鑽石的缺陷–碳被氮或其他元素取代的原子缺陷–可能為量子計算提供一個接近完美的接口，這種擬議的通信交換有望比目前的方法更快、更安全。但有一個主要問題：這些缺陷，即所謂的鑽石氮空穴中心是通過磁場控制的，這與現有的量子設備不兼容。想象一下，試圖通過Wi-Fi將一台1974年開發的早期個人電腦Altair連接到互聯網上。這是一個困難的任務，但並非不可能。這兩種技術說的是不同的語言，所以第一步是幫助翻譯和對接。
橫濱國立大學的研究人員已經開發出一種界面方法，以允許直接翻譯到量子設備的方式控制鑽石的氮空穴中心。他們今天（2021年12月15日）在《通信物理》上發表了他們的方法。
“為了實現量子互聯網，需要一個量子接口，通過光子產生遠程量子糾纏，這是一種量子通信媒介，”通訊作者小坂秀雄說，他是橫濱國立大學先進科學研究所量子信息研究中心和工程研究生院物理系的教授。
量子互聯網植根於一個多世紀的工作中，研究人員確定光子同時是粒子和光波–它們的波狀態可以揭示它們粒子狀態的信息，反之亦然。不僅如此，這兩種狀態還能相互影響：可以說，捏住波就能挫傷粒子。它們的本質是糾纏在一起的，即使是隔着遙遠的距離。其目的是控制糾纏，以即時和安全地交流離散的數據。
小坂秀雄說，以前的研究表明，這種受控糾纏可以通過對氮空穴中心施加磁場來實現，但需要一種非磁場的方法來接近實現量子互聯網的目標。
他的團隊成功地使用微波和光偏振波將一個發射的光子和左旋量子糾纏在一起，這是經典系統中信息比特的量子等價物。這些偏振波是垂直於發源地移動的波，就像地震波從垂直的斷層移動中水平輻射出來。在量子力學中，光子的自旋特性–無論是右手還是左手–決定了偏振的移動方式，這意味着它是可預測和可控制的。關鍵的是，根據小坂秀雄的說法，當在非磁場下通過這一屬性誘導糾纏時，這種連接對其他變量顯得很穩定。極化的幾何性質能夠產生遠程量子糾纏，這種糾纏對噪聲和時間錯誤具有彈性。
據小坂秀雄說，他的團隊將把這種方法與之前展示的通過遠程傳輸進行的量子信息傳輸結合起來，在遠程地點之間產生量子糾纏，以及由此產生的信息交換。小坂說，最終的目標是促進量子計算機的連接網絡，建立一個量子互聯網。量子互聯網的實現將使量子密碼學、分佈式量子計算和量子傳感在1000多公里的長距離內得以實現。