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科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
奧地利科學(xué)技術(shù)研究所、維也納科技大學(xué)和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員在最新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表論文稱，他們首次將低能微波與高能光學(xué)光子糾纏在一起。兩個(gè)光子的這種糾纏量子態(tài)是通過室溫鏈路連接超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，這對(duì)擴(kuò)展現(xiàn)有的量子硬件、實(shí)現(xiàn)與其他量子計(jì)算平臺(tái)的互連，以及新型量子增強(qiáng)遙感應(yīng)用都具有重大影響。
實(shí)驗(yàn)裝置的藝術(shù)渲染圖，光束光學(xué)光子（紅色）進(jìn)入和離開電光晶體并在其圓形部分內(nèi)諧振，以及產(chǎn)生的微波光子（藍(lán)色）離開裝置。圖片來源：《科學(xué)》網(wǎng)
單個(gè)微波光子其實(shí)是處理器內(nèi)超導(dǎo)量子比特之間的信息載體，不適合在處理器之間的室溫環(huán)境發(fā)送。因?yàn)闊崃繒?huì)對(duì)糾纏等量子特性產(chǎn)生破壞，使量子比特不能計(jì)算。鑒于此，為了保持功能，量子計(jì)算機(jī)必須將量子比特與環(huán)境隔離，在真空中將其冷卻到極低的溫度。
對(duì)于超導(dǎo)量子比特來說，它們要與微小電流一起工作，這些電流以每秒大約一百億次的頻率在電路中來回移動(dòng)。它們使用微波光子（光粒子）相互作用。但問題在于，即使是少量的熱量，也很容易干擾單個(gè)微波光子及其量子特性。
研究人員使用了一種特殊的電光設(shè)備：一種由非線性晶體制成的光學(xué)諧振器，它會(huì)在存在電場(chǎng)的情況下改變其光學(xué)特性。超導(dǎo)腔容納這種晶體并增強(qiáng)這種相互作用。
他們使用激光在幾分之一微秒內(nèi)將數(shù)十億個(gè)光學(xué)光子發(fā)送到電光晶體中。通過這種方式，一個(gè)光學(xué)光子分裂成一對(duì)新的糾纏光子：一個(gè)光學(xué)光子的能量?jī)H比原始光子少一點(diǎn)，而一個(gè)微波光子的能量低得多。研究人員成功建造了一個(gè)體積更大的超導(dǎo)裝置，不僅能避免對(duì)超導(dǎo)性的破壞，還有助于更有效地冷卻設(shè)備并在光學(xué)激光脈沖的短時(shí)間內(nèi)保持低溫。
研究人員表示，此次突破在于離開設(shè)備的兩個(gè)光子——光學(xué)光子和微波光子相互糾纏在了一起。他們通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)光子電磁場(chǎng)的量子漲落之間的相關(guān)性，對(duì)新研究加以證實(shí)，這種相關(guān)性比經(jīng)典物理學(xué)所能解釋的還要強(qiáng)。
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