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科学家首次成功实现单原子存储量子信息

  科学家们首次成功实现了单原子存储量子信息

  \\ u0026科学家首次成功地将单原子量子信息存储下来
美国物理学家组织(北京时间)5月3日报道,德国量子光学科学家格哈德研究所的马克斯·普朗克第一次由De Rip领导的研究小组成功地用单个原子存储量子信息 - 将单个光子的量子态写入铷原子,并在180μs后读取。预计最新的突破将有助于科学家们设计出强大的量子计算机,并允许他们长距离建立“量子网络”。它的量子计算机可以处理大量存储在量子系统的微观物理状态下的信息,而单个光子原子的计算速度更快。然而,量子计算机运行时,必须在其内部的不同组件之间交换信息。因此,科学家希望量子信息可以在光子和物质粒子之间交换。早些时候,科学家们意识到了光子与数千个原子之间的信息交换,并且现在首次证明量子信息可以以受控的方式在单个原子与光子之间交换。光子与单个原子之间信息交换的最大障碍是光子与原子的相互作用太弱。在最新的研究中,科学家们在光学谐振腔的两个反射镜之间放置了一个铷原子,然后用一个非常微弱的激光脉冲将一个光子送入谐振腔。谐振镜多次来回反射光子,大大增强了光子与原子之间的相互作用。研究人员还加入了一束激光控制的激光(铷原子中的铷原子与光子直接相互作用到铷原子上),铷原子吸收一个光子,使铷原子进入稳定的量子态。原子自旋将产生一个磁矩,它的方向将决定用于存储信息的稳定量子态。这种状态可以通过相反的过程读取:他们再次使用控制激光照射铷原子,使其重新发射刚刚开始撞击的光子。结果发现,在大多数情况下,读取的量子信息与原始存储的信息一致,即所谓的保真度超过90%。传统基于量子效应不能获得的保真度只有67%。量子信息在铷原子中的存储时间约为180微秒,这与以前用多原子方法获得的量子存储时间相当。但量子计算机或量子网络所需的存储时间要比这长。另外,有多少照射的光子被存储然后被读出 - 所谓的效率,现在还不到10%。科学家正在研究如何提高存储时间和效率。研究员Holger Spector说使用单个原子作为存储单元有几个优点:首先,单个原子很小;其次,存储在原子上的信息可以直接操纵,这对量子计算机内的逻辑运算的执行是重要的。 ,还可以检查光子中的量子信息是否被成功写入原子而不破坏量子态,如果发现存储错误则重复该过程,直到量子信息量原子被写入原子。另一位科学家Stephen Ritter表示,单原子量子储存的前景是不可估量的。光与单个原子之间的相互作用,使量子计算机中的更多原子能量联网在一起,大大增强了量子计算机的功能。而且,光子之间的信息交换会使原子长距离地缠绕在一起。因此,科学家正在开发的最新技术有望成为未来量子网络的必然选择。点击

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