量子纠缠是自然界中最基本和最有趣的现象之一。最近对纠缠的一些研究，已证明它是量子通信和信息处理的宝贵资源。现在，日本的科学家在硅表面上发现了稳定的两质子量子纠缠态，它为经典和量子计算平台的有机结合打开了大门，并有可能加强量子技术的未来。

量子力学中最有趣的现象之一是“量子纠缠”。这种现象描述了某些粒子如何密不可分的联系在一起，以至于它们的状态只能相互参照来描述。这种相互作用也构成了量子计算的基础。这就是为什么近年来物理学家一直在寻找产生纠缠的技术。然而，这些技术面临许多工程上的障碍，包括在创建大量“量子比特”（即量子位，量子信息的基本单元）方面的限制、需要保持极低的温度(<1K)以及使用超纯材料。表面或界面对于量子纠缠的形成至关重要。不幸的是，限制在表面上的电子容易出现“退相干”，即两种不同状态之间没有确定的相位关系。因此，为了获得稳定的相干量子比特，必须确定表面原子(或等效质子)的自旋态。

近日，包括名古屋市立大学Takahiro Matsumoto教授、日本中央大学Hidehiko Sugimoto教授、日本原子能厅Takashi Ohhara博士、日本高能加速器研究机构Susumu Ikeda博士在内的日本科学家团队，他们都认识到需要创建稳定的量子比特。通过观察表面自旋态，科学家们在硅纳米晶体的表面发现了一对纠缠的质子。

该团队首席科学家Matsumoto教授概述了他们研究的意义：“质子纠缠先前已在氢分子中观察到，并在许多科学学科中发挥重要作用。然而，之前仅在气相或液相中发现了纠缠态。现在，我们已经在固体表面检测到量子纠缠，这可以为未来的量子技术奠定基础。”他们的这一开创性研究发表在最近一期的《物理评论B》上。

研究人员使用一种被称为“非弹性中子散射光谱”的技术研究自旋态，以确定表面振动的性质。通过将这些表面原子建模为“谐振子”，它们显示出质子的反对称性。由于质子是相同的(或无法区分的)，该模型限制了它们可能的自旋态，这导致出现了强烈的量子纠缠。与氢分子中的质子纠缠相比，纠缠态之间存在着巨大的能量差异，这确保了其寿命和稳定性。此外，科学家们还在理论上证明了太赫兹纠缠光子对利用了质子纠缠的级联跃迁。

质子量子比特与现代硅技术的融合可能会导致经典计算平台和量子计算平台的有机结合，从而实现比目前可用量子比特多得多的量子比特，并为新的超级计算应用提供超高速处理。 “量子计算机可以处理复杂的问题，例如整数分解和‘旅行商问题’，这些问题几乎无法用传统的超级计算机解决。这可能会改变量子计算在存储、处理和传输数据方面的游戏规则，甚至可能会导致制药、数据安全和许多其他领域出现范式转变。”乐观的Matsumoto教授总结道。(编译:Qtech)