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      新技術“轉導”不同量子信息模式
      發布時間:2023.03.28        閱讀次數:

      銣原子電子能級示意圖。圖片來源:庫瑪

      美國科學家在最新一期《自然》雜志刊文指出,他們利用銣原子,讓量子信息在不同技術之間轉換,新方法能將量子信息從量子計算機使用的格式轉換為量子通信所需格式,對量子計算、通信和網絡等多個領域具有重要意義。

      光子(光的粒子)對量子信息技術至關重要,不同技術在不同頻率下使用它們,如谷歌和IBM公司使用的超導量子比特將量子信息存儲在以微波頻率移動的光子中。但是想創建一個量子網絡,或讓量子計算機相連,就不能發送微波光子,因為在微波頻率下,這些量子信息會被熱噪聲掩蓋。

      解決方案是將量子信息傳輸給更高頻率的光學光子,后者能更好地應對環境噪聲。但量子信息不能直接從一個光子傳遞到另一個光子,需要“中間人”。一些科學家利用固態器件充當中間人,而芝加哥大學博士后艾西瓦婭·庫瑪等人則采用原子來解決這一問題。

      原子中的電子只被允許擁有特定的能量(能級),處于較低能級的電子可被光子激發到較高能級。而處于較高能級的電子被迫下降到較低能級時,原子就會發射出一個光子。

      在最新實驗中,庫瑪等人用到了銣原子,其能級恰好有兩個缺口:一個缺口正好等于微波光子的能量,另一個缺口恰好等于光學光子的能量。研究團隊通過利用激光改變銣原子的電子能量,從而使原子能吸收具有量子信息的微波光子,然后發射具有該量子信息的光學光子。這種不同量子信息模式之間的轉換被稱為“轉導”。

      庫瑪指出,這項技術可將量子信息從微波光子轉移到光學光子,反之亦然,因此,它可作為量子互聯網的基本組成部分。更重要的是,最新技術的核心是發生強烈糾纏的原子和光子,而糾纏是包括量子計算、模擬、劑量和原子鐘等在內的幾乎所有量子技術的核心,因此,最新技術有望在多個領域“大顯身手”。


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