研究人員聲稱他們在量子通訊領域取得了突破性進展，這要歸功於一種新的鑽石拉伸技術，他們說這種技術大大提高了量子位元保持糾纏狀態的溫度，同時也使它們可以用微波控制。量子網路是一個新興領域，它利用奇異的量子現象來發送和接收訊息。這些網路將不可能被駭客攻擊，並將利用量子糾纏來覆蓋大距離，創建成對的量子比特，在沒有任何物理連接的情況下相互映射對方的量子狀態。

研究人員透過拉伸鑽石薄膜改變其分子結構，從根本上提高了量子位元的性能、可靠性和可控性

以鑽石為基礎的量子位元能夠在相當長的時間內保持其糾纏狀態，但前提是它們必須保持在令人難以置信的低溫狀態–僅比絕對零度高出一線。這就限制了它們的用途，因為這意味著需要在量子網路的每個節點上安裝一個巨大的、高能耗的冷卻設備。

但來自芝加哥大學、阿貢國家實驗室和劍橋大學的研究人員表示，他們已經找到了突破性的解決方案，即透過拉伸鑽石來改變其分子晶格。

研究團隊在熱玻璃上鋪了一層鑽石薄膜。當玻璃冷卻時，它就會收縮–但收縮程度小於鑽石，從而在分子層面施加拉伸力。據研究小組稱，鑽石結構的變化”微乎其微”，但效果卻非常顯著。

這些被拉伸的鑽石量子位元保持糾纏的溫度從絕對零度以上上升到4開爾文（-452 °F，-269 °C）。顯然，這仍然是非常低的溫度，但要達到4 開爾文比低於1 開爾文要容易得多。所涉及的設備要便宜得多，也更緊湊。

普利茲克分子工程學院（Pritzker School of Molecular Engineering）助理教授亞歷克斯-海（Alex High）說：「在基礎設施和營運成本方面，這是一個數量級的差別。這項技術可以大幅提高這些系統的工作溫度，從而大大降低運行這些系統的資源密集程度。”

“如今，大多數量子位元都需要一個房間大小的特殊冰箱和一個訓練有素的團隊來運行，”海說，”因此，如果你設想一個工業量子網絡，你必須每隔5或10公里[3或6英里]建造一個量子比特，那麼現在你談論的是相當多的基礎設施和勞動力。”

拉伸的鑽石結構也減少了噪音，並將透過系統的資訊保真度提高了99%，因為這些量子位元可以用微波來控制，而以前的版本需要光譜中的光，會帶來相當大的誤差。

論文第一作者、博士生郭興漢說：”通常情況下，如果一個系統的相干壽命較長，那是因為它善於’忽略’外界幹擾–這意味著它更難控制，因為它在抵抗干擾。非常令人興奮的是，透過對材料科學進行非常基礎的創新，我們能夠彌合這一難題”。

這項研究的共同作者、劍橋大學物理學教授梅特-阿塔特里（Mete Atature）補充說：”透過延長相干時間和可行的微波量子控制相結合，開發基於鑽石的量子網路裝置的錫空缺中心的道路是清晰的。”

論文發表在《物理評論X》雜誌。