專業(yè)第一：產(chǎn)生、存儲和檢索的量子信息

這量子計算的潛力是巨大的，但距離糾纏粒子能否可靠地攜帶信息仍然是一個巨大的障礙。最微小的干擾都會使他們的關系變得混亂。

為了規(guī)避這個問題，量子計算研究人員有找到穩(wěn)定的方法光纖長度長或二手衛(wèi)星在近乎真空的太空中保存信號。

然而，基于量子的網(wǎng)絡不僅僅是傳輸?？茖W家們努力破解他們長期以來追求的目標，即開發(fā)一個由互連單元或“中繼器”組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)也可以像經(jīng)典計算機一樣存儲和檢索量子信息，以擴大網(wǎng)絡的覆蓋范圍。

現(xiàn)在，一組研究人員已經(jīng)創(chuàng)建了一個原子處理節(jié)點系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包含量子點在與現(xiàn)有電信基礎設施兼容的波長下產(chǎn)生的臨界狀態(tài)。

它需要兩個設備：一個用于產(chǎn)生并可能糾纏光子，另一個“內存”組件可以根據(jù)需要存儲和檢索這些光子中最重要的量子態(tài)，而不會干擾它們。

“將兩個關鍵設備連接在一起是實現(xiàn)量子網(wǎng)絡的關鍵一步，我們非常高興能夠成為第一個能夠證明這一點的團隊?！?a>說量子光學物理學家和主要作者Sarah Thomas，來自倫敦帝國理工學院（ICL）。

新提出的系統(tǒng)部分在德國制造，并在ICL組裝，將一個能夠一次發(fā)射單個光子的半導體量子點放置在熱銣原子云中，用作量子存儲器.激光將存儲組件“打開”和“關閉”，允許光子的狀態(tài)根據(jù)需要從銣云中存儲和釋放。

這個特殊系統(tǒng)傳輸量子記憶的距離尚未經(jīng)過測試——它只是地下室實驗室中的概念驗證原型，一個基于甚至沒有糾纏的光子的原型。但這一壯舉可以為量子互聯(lián)網(wǎng)奠定堅實的基礎，而不是僅僅依靠糾纏的光子。

該團隊表示：“這種從原子存儲器中按需召回量子點光的首次演示是邁向可擴展量子網(wǎng)絡的混合量子光物質接口的第一步在他們發(fā)表的論文中寫道.

一段時間以來，量子計算領域的研究人員一直試圖將光子光源和存儲量子數(shù)據(jù)的處理節(jié)點連接起來，但沒有取得多大成功。

“這包括我們，之前曾兩次嘗試過這個實驗，使用不同的內存和量子點設備，可以追溯到五年多前，這恰恰表明了它是多么困難。說該研究的合著者Patrick Ledingham是英國南安普頓大學的實驗量子物理學家。

部分問題在于，迄今為止使用的發(fā)射光子的量子點和原子“記憶”節(jié)點被調諧到不同的波長;它們的帶寬彼此不兼容。

2020年，一個來自中國的團隊嘗試了冷卻銣原子引誘它們進入與光子相同的糾纏狀態(tài)，但這些光子必須轉換為合適的頻率，以便沿著光纖傳輸它們——這會產(chǎn)生噪聲，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

托馬斯及其同事設計的存儲系統(tǒng)具有足夠寬的帶寬，可以與量子點發(fā)出的波長連接，并且噪聲足夠低，以免干擾糾纏光子。

雖然這一壯舉意義重大，但研究人員仍在努力改進他們的原型。為了創(chuàng)建量子網(wǎng)絡就緒設備，他們希望嘗試延長存儲時間，增加量子點和原子節(jié)點之間的重疊，并縮小系統(tǒng)的大小。他們還需要用糾纏光子測試他們的系統(tǒng)。

就目前而言，它仍然是一個脆弱的線索，但有一天我們可以看到這項技術或類似的東西在一個微妙而穩(wěn)定的量子網(wǎng)絡網(wǎng)絡中覆蓋世界。

該研究已發(fā)表在科學進展.

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