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科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然

德國(guó)帕德博恩大學(xué)和烏爾姆大學(xué)研究人員合作，開發(fā)出首個(gè)可編程光學(xué)量子存儲(chǔ)器。新技術(shù)的工作原理類似于糾纏“裝配線”，其中糾纏的光子對(duì)會(huì)按順序創(chuàng)建并與存儲(chǔ)的光子結(jié)合。該研究作為“編輯推薦”發(fā)表在最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。

實(shí)驗(yàn)方法的工作原理圖。圖片來(lái)源：《物理評(píng)論快報(bào)》

今年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給在量子糾纏實(shí)驗(yàn)方面具有重要貢獻(xiàn)的3名科學(xué)家。量子糾纏是指在量子力學(xué)中處于糾纏態(tài)的兩個(gè)或多個(gè)粒子，即便分開很遠(yuǎn)距離，有些狀態(tài)也會(huì)表現(xiàn)得像是一個(gè)整體。而能包含多個(gè)量子粒子的糾纏系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)量子算法方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，這些算法有可能用于通信、數(shù)據(jù)安全或量子計(jì)算。

但以前，試圖糾纏兩個(gè)以上的粒子只會(huì)導(dǎo)致非常低效的糾纏產(chǎn)生。在某些情況下，如果研究人員想要將兩個(gè)粒子與其他粒子聯(lián)系起來(lái)，則需要漫長(zhǎng)的等待，因?yàn)榇龠M(jìn)這種糾纏的互連僅以有限的概率起作用。這意味著一旦下一個(gè)合適的粒子到達(dá)，光子就不再是實(shí)驗(yàn)的一部分，因?yàn)榇鎯?chǔ)量子比特狀態(tài)代表了一項(xiàng)重大的實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)。

研究人員解釋說(shuō)：“我們現(xiàn)在開發(fā)了一種可編程的光學(xué)緩沖量子存儲(chǔ)器，它可在不同的模式——存儲(chǔ)模式、干涉模式和最終釋放模式之間動(dòng)態(tài)地來(lái)回切換?！?/p>

在實(shí)驗(yàn)裝置中，一個(gè)小的量子態(tài)可被存儲(chǔ)，直到產(chǎn)生另一個(gè)狀態(tài)，然后兩者可糾纏在一起。這使得一個(gè)大的、糾纏的量子態(tài)能夠逐個(gè)粒子地“成長(zhǎng)”。研究團(tuán)隊(duì)使用這種方法來(lái)糾纏4個(gè)和6個(gè)粒子，使其比以前的任何實(shí)驗(yàn)都更有效率，成功率分別是傳統(tǒng)方法的9倍和35倍。

研究人員解釋說(shuō)：“我們的系統(tǒng)允許逐漸建立越來(lái)越大的糾纏態(tài)——這比以前的任何方法都更快、更可靠、更有效。對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這代表了一個(gè)里程碑，使我們離有用的量子技術(shù)的大型糾纏態(tài)的實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越近了?！毙路椒膳c所有常見的光子對(duì)源相結(jié)合，這意味著利用該方法，其他領(lǐng)域科學(xué)家也能夠獲得幫助。

總編輯圈點(diǎn)：

因?yàn)榻衲甑闹Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，量子糾纏的概念也在普通公眾中火了一把。這種幽靈般的超距作用，不僅可以被觀察到，也可以被制備出來(lái)。量子信息研究興起以來(lái)，實(shí)現(xiàn)多粒子量子糾纏一直是量子物理實(shí)驗(yàn)研究的追求之一。此前，中國(guó)科學(xué)家在這方面也取得了許多成績(jī)。本文介紹了一種實(shí)驗(yàn)裝置，可以相對(duì)快速地“生長(zhǎng)”出糾纏的量子，形成多個(gè)量子的糾纏態(tài)。實(shí)現(xiàn)更大的量子糾纏，能為將來(lái)穩(wěn)定地保存、傳輸和操縱量子，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和量子通信打牢基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：