光子幾乎不與環境發生相互作用，這使得它們成為存儲和傳輸量子信息的首選。同樣的特性使得操作光子編碼的信息變得特別困難。為了建立光子量子計算機，一個光子必須改變一秒鐘的狀態。
這樣的裝置被稱為量子邏輯門，建造量子計算機將需要數百萬個邏輯門。實現這一目標的一種方法是使用所謂的“非線性材料”，其中兩個光子在材料內部相互作用。不幸的是，標準非線性材料的效率太低，無法建立量子邏輯門。
近年來，人們認識到等離子體激元可以極大地增強非線性相互作用。在等離子體中，光與材料表面的電子相結合。這些電子可以幫助光子更強地相互作用。然而，標準材料中的等離子體激元在產生所需的量子效應之前就會衰變
基於石墨烯的雙光子門的原理圖。(圖片:托馬斯·羅格斯伯格，維也納大學)
維也納大學Philip Walther教授領導的科學家團隊在他們的新工作(“石墨烯等離子體激元的量子計算”)中提議在石墨烯中創建等離子體激元。這種十年前才發現的二維材料，由一層排列成蜂窩狀結構的碳原子組成，自發現以來，它一直讓我們感到驚訝。為此，石墨烯中電子的特殊結構導致了極強的非線性相互作用和等離子體激元的壽命。
在他們提出的石墨烯量子邏輯門中，科學家們表明，如果在石墨烯製成的納米帶中產生單個等離子體激元，兩個不同納米帶中的等離子體激元可以通過它們的電場相互作用。只要每個等離子體停留在其色帶內，就可以將多個門應用於量子計算所需的等離子體激元。
該研究的第一作者Irati Alonso Calafell證實:“我們已經證明石墨烯中的強非線性相互作用使得兩個等離子體激元不可能躍入同一色帶。”他們提出的方案利用了石墨烯的幾種獨特特性，每一種特性都是單獨觀察到的。
維也納的研究小組目前正在對一個類似的基於石墨烯的系統進行實驗測量，以確定他們的門的可行性。由於柵極本身很小，並且在室溫下工作，它應該很容易被放大，這是許多量子技術所需要的。
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