（文章來源：科技報告與資訊）

加州理工學院的工程師研究發(fā)現(xiàn)，光腔中的原子可能是創(chuàng)建量子互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。他們的研究成果于3月30日發(fā)表在《Nature》雜志上。

量子網(wǎng)絡(luò)通過以量子級別而不是經(jīng)典級別運行的系統(tǒng)連接量子計算機。從理論上講，通過利用量子力學的特殊特性（包括疊加），量子計算機有一天將能夠比傳統(tǒng)計算機更快地執(zhí)行某些功能，這使得量子位可以同時將信息存儲為1和0。

與傳統(tǒng)計算機一樣，工程師希望能夠連接多臺量子計算機以共享數(shù)據(jù)并一起工作，創(chuàng)建“量子互聯(lián)網(wǎng)”。這將打開多個應用程序的大門，包括解決太大而無法由單個量子計算機處理的計算，以及使用量子密碼建立的安全通信。

為了正常運行，量子網(wǎng)絡(luò)需要能夠在兩點之間傳輸信息，而不會改變傳輸信息的量子特性。當前的一種模型是這樣工作的：單個原子或離子充當量子位，通過一個量子位來存儲信息（如果它具有諸如自旋之類的量子特性）。為了讀取該信息并將其傳輸?shù)狡渌胤?，原子被光脈沖激發(fā)，使其發(fā)出光子，該光子的自旋與原子的自旋糾纏在一起。然后，光子可以通過光纖電纜遠距離傳輸與原子糾纏的信息。

但要在實際中實現(xiàn)以上過程是比較困難的。關(guān)鍵在于尋找可以控制和測量的原子，并且要求該原子對引起誤差或退相干的磁場或電場波動不太敏感，這是非常具有挑戰(zhàn)性的。

論文的第一作者喬恩·金德姆（Jon Kindem ）說：“與光有很好相互作用的固態(tài)發(fā)射體往往成為退相干的犧牲品；也就是說，它們停止以量子工程前景中有用的方式存儲信息同時，稀土元素的原子（具有使元素可用作量子位的特性）往往與光的相互作用較弱?！?/p>

為了解決這一難題，由加州理工學院應用物理學和電氣工程學教授安德烈·法拉翁（Andrei Faraon）領(lǐng)導的研究人員構(gòu)建了一個納米光子腔，該腔的長度約為10微米，具有周期性的納米圖案，由一塊水晶雕刻而成。然后，他們在光束中心發(fā)現(xiàn)了稀土鐿離子。光學腔使他們可以多次在光束之間來回反射光，直到最終被離子吸收為止。

在《Nature》雜志上，研究小組表明，腔改變了離子的環(huán)境，因此，每當離子發(fā)射光子時，光子保留在腔中的時間就超過了99％，科學家可以在那里有效地收集和檢測該光子，從而測量離子的狀態(tài)。這導致離子發(fā)射光子的速率增加，從而提高了系統(tǒng)的整體效率。

另外，鐿離子能夠自旋地存儲信息30毫秒。在這個時間內(nèi)，光傳輸信息的距離很遠，甚至可以穿越美洲大陸。應用物理學和電氣工程學教授法勞恩說：“這是一種稀土離子，它吸收和發(fā)射光子的方式與我們創(chuàng)建量子網(wǎng)絡(luò)所需的方式完全相同。這可以形成量子互聯(lián)網(wǎng)的骨干技術(shù)。”

目前，該團隊的重點是創(chuàng)建量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建塊。接下來，他們希望擴大實驗規(guī)模，并實際連接兩個量子位，F(xiàn)araon說。
（責任編輯：fqj）