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科技日報記者?張夢然
德國帕德博恩大學(xué)和烏爾姆大學(xué)研究人員合作，開發(fā)出首個可編程光學(xué)量子存儲器。新技術(shù)的工作原理類似于糾纏“裝配線”，其中糾纏的光子對會按順序創(chuàng)建并與存儲的光子結(jié)合。該研究作為“編輯推薦”發(fā)表在最新一期《物理評論快報》雜志上。
實驗方法的工作原理圖。圖片來源：《物理評論快報》
今年，諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給在量子糾纏實驗方面具有重要貢獻的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)的兩個或多個粒子，即便分開很遠距離，有些狀態(tài)也會表現(xiàn)得像是一個整體。而能包含多個量子粒子的糾纏系統(tǒng)，在實現(xiàn)量子算法方面具有顯著優(yōu)勢，這些算法有可能用于通信、數(shù)據(jù)安全或量子計算。
但以前，試圖糾纏兩個以上的粒子只會導(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粒子與其他粒子聯(lián)系起來，則需要漫長的等待，因為促進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合適的粒子到達，光子就不再是實驗的一部分，因為存儲量子比特狀態(tài)代表了一項重大的實驗挑戰(zhàn)。
研究人員解釋說：“我們現(xiàn)在開發(fā)了一種可編程的光學(xué)緩沖量子存儲器，它可在不同的模式——存儲模式、干涉模式和最終釋放模式之間動態(tài)地來回切換。”
在實驗裝置中，一個小的量子態(tài)可被存儲，直到產(chǎn)生另一個狀態(tài)，然后兩者可糾纏在一起。這使得一個大的、糾纏的量子態(tài)能夠逐個粒子地“成長”。研究團隊使用這種方法來糾纏4個和6個粒子，使其比以前的任何實驗都更有效率，成功率分別是傳統(tǒng)方法的9倍和35倍。
研究人員解釋說：“我們的系統(tǒng)允許逐漸建立越來越大的糾纏態(tài)——這比以前的任何方法都更快、更可靠、更有效。對我們來說，這代表了一個里程碑，使我們離有用的量子技術(shù)的大型糾纏態(tài)的實際應(yīng)用越來越近了。”新方法可與所有常見的光子對源相結(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：
因為今年的諾貝爾物理學(xué)獎，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。量子信息研究興起以來，實現(xiàn)多粒子量子糾纏一直是量子物理實驗研究的追求之一。此前，中國科學(xué)家在這方面也取得了許多成績。本文介紹了一種實驗裝置，可以相對快速地“生長”出糾纏的量子，形成多個量子的糾纏態(tài)。實現(xiàn)更大的量子糾纏，能為將來穩(wěn)定地保存、傳輸和操縱量子，實現(xiàn)量子計算和量子通信打牢基礎(chǔ)。
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