光子几乎不与环境发生相互作用，这使得它们成为存储和传输量子信息的首选。同样的特性使得操作光子编码的信息变得特别困难。为了建立光子量子计算机，一个光子必须改变一秒钟的状态。
这样的装置被称为量子逻辑门，建造量子计算机将需要数百万个逻辑门。实现这一目标的一种方法是使用所谓的“非线性材料”，其中两个光子在材料内部相互作用。不幸的是，标准非线性材料的效率太低，无法建立量子逻辑门。
近年来，人们认识到等离子体激元可以极大地增强非线性相互作用。在等离子体中，光与材料表面的电子相结合。这些电子可以帮助光子更强地相互作用。然而，标准材料中的等离子体激元在产生所需的量子效应之前就会衰变
基于石墨烯的双光子门的原理图。(图片:托马斯·罗格斯伯格，维也纳大学)
维也纳大学Philip Walther教授领导的科学家团队在他们的新工作(“石墨烯等离子体激元的量子计算”)中提议在石墨烯中创建等离子体激元。这种十年前才发现的二维材料，由一层排列成蜂窝状结构的碳原子组成，自发现以来，它一直让我们感到惊讶。为此，石墨烯中电子的特殊结构导致了极强的非线性相互作用和等离子体激元的寿命。
在他们提出的石墨烯量子逻辑门中，科学家们表明，如果在石墨烯制成的纳米带中产生单个等离子体激元，两个不同纳米带中的等离子体激元可以通过它们的电场相互作用。只要每个等离子体停留在其色带内，就可以将多个门应用于量子计算所需的等离子体激元。
该研究的第一作者Irati Alonso Calafell证实:“我们已经证明石墨烯中的强非线性相互作用使得两个等离子体激元不可能跃入同一色带。”他们提出的方案利用了石墨烯的几种独特特性，每一种特性都是单独观察到的。
维也纳的研究小组目前正在对一个类似的基于石墨烯的系统进行实验测量，以确定他们的门的可行性。由于栅极本身很小，并且在室温下工作，它应该很容易被放大，这是许多量子技术所需要的。
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