科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種量子存儲(chǔ)方法，有助于為大規(guī)模光量子網(wǎng)絡(luò)鋪平道路。

新的量子存儲(chǔ)系統(tǒng)依賴于原子核自旋，以自旋波的形式產(chǎn)生集體振蕩，通過(guò)集體振蕩有效地將幾個(gè)原子連接起來(lái)存儲(chǔ)信息。

美國(guó)加州理工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)和電氣工程教授Andrei Faraon團(tuán)隊(duì)利用一個(gè)由鐿（Yb，可用在激光的稀土元素）離子制成的量子比特，將該離子嵌入正釩酸釔（YVO4）的透明晶體中，并通過(guò)光學(xué)和微波場(chǎng)的組合來(lái)操縱其量子態(tài)。然后，團(tuán)隊(duì)使用鐿的量子位來(lái)控制晶體中多個(gè)釩原子的核自旋狀態(tài)。研究成果于2月16日發(fā)表在《自然》（Nature）期刊上。

圖片來(lái)自《自然》（Nature）期刊

“根據(jù)我們之前的工作，單個(gè)鐿離子被認(rèn)為是光量子網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀候選材料，”Faraon教授說(shuō)，“但我們需要將它與其它原子連接起來(lái)。我們?cè)谶@項(xiàng)工作中證明了這一點(diǎn)?！?/p>

實(shí)驗(yàn)設(shè)備在美國(guó)加州理工學(xué)院的Kavli納米科學(xué)研究所制作完成，然后在Faraon教授的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行低溫測(cè)試。

據(jù)研究人員，這種利用糾纏核自旋作為量子存儲(chǔ)的新技術(shù)是受到核磁共振（NMR）方法的啟發(fā)。

“為了能在核自旋中存儲(chǔ)量子信息，我們開(kāi)發(fā)了與醫(yī)院使用的核磁共振機(jī)相類似的新技術(shù)，”論文共同通訊作者Joonhee Choi說(shuō)，“主要的挑戰(zhàn)是讓現(xiàn)有技術(shù)能在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下工作?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)所測(cè)量的每個(gè)量子位均有一個(gè)相同的寄存器，這意味著該量子存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)相同的信息。

“可復(fù)制并可靠地構(gòu)建這項(xiàng)技術(shù)，是成功的關(guān)鍵?！闭撐牡谝蛔髡逜ndrei Ruskuc表示，“在科學(xué)背景下，這項(xiàng)研究讓我們對(duì)鐿量子位和釩原子之間的微觀相互作用，具有前所未有的了解。”

這項(xiàng)研究成果有助于為未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)，并為大規(guī)模光量子網(wǎng)絡(luò)鋪平道路。

量子計(jì)算機(jī)憑借量子力學(xué)的特殊特性，包括疊加特性，即允許量子比特同時(shí)以1和0的形式存儲(chǔ)信息，從而比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地執(zhí)行計(jì)算功能。

而就像經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣，工程師們希望能夠連接多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)并一同工作，從而創(chuàng)建一個(gè)“量子互聯(lián)網(wǎng)”。這將為許多應(yīng)用打開(kāi)大門，包括解決單個(gè)量子計(jì)算機(jī)無(wú)法處理的龐大計(jì)算能力，以及使用量子密碼學(xué)建立牢不可破的安全通信網(wǎng)絡(luò)。澎湃新聞?dòng)浾?王蕙蓉