存儲光量子比特的晶體。圖片來源：物理學家組織網
科技日報記者 劉霞
據物理學家組織網22日報道，瑞士日內瓦大學研究人員將一個量子比特存儲在一個晶體內，持續(xù)時間長達20毫秒，創(chuàng)下新世界紀錄，為開發(fā)出長距離量子通信網絡奠定了重要基礎。
量子通訊和量子加密技術已經成為提高通信安全的重要基石。當信息（量子比特，量子計算和量子信息的基本單元）通過光纖中的一個光子在兩個對話者之間傳輸時，量子理論可以確保量子比特的真實性和保密性。但建立遠程量子通信系統(tǒng)存在一個主要障礙：傳輸幾百公里后，光子會丟失，信號也因此消失，為此，基于量子存儲器的“中繼器”由此而生，為使中繼器能更好地發(fā)揮作用，需要讓儲存量子信息的時間持續(xù)長一點。
2015年，日內瓦大學米凱爾·阿夫澤利烏斯領導的團隊成功將由一個光子攜帶的量子比特在晶體（存儲器）內儲存0.5毫秒。在此過程中，光子在消失之前可將其量子態(tài)轉移到晶體的原子上，但這一持續(xù)時長不足以構建更大的存儲網絡，而后者是研發(fā)遠程量子通信的先決條件。
最新研究中，在歐洲量子旗艦計劃框架內，米凱爾·阿夫澤利烏斯團隊成功將一個量子比特存儲了20毫秒。為此，他們使用了摻有銪的晶體，這種晶體能夠先吸收光再發(fā)光。
團隊稱：“我們在晶體上施加了千分之一特斯拉的小磁場，并使用了動態(tài)解耦方法，包括向晶體發(fā)送強烈的射頻，旨在讓稀土離子脫離環(huán)境擾動，并將存儲性能提高近40倍?！?/p>
阿夫澤利烏斯表示：“這是基于固態(tài)系統(tǒng)（晶體）的量子存儲器的世界紀錄，在保真度略有損失的情況下，我們甚至可讓時長達到100毫秒，這是遠程量子通信網絡領域的重大進展?！?/p>
盡管如此，他們仍有不少問題需要解決，比如進一步延長存儲時間，在確保不失真的情況下，讓存儲持續(xù)時長超過100毫秒。此外，他們還必須設計出一次能存儲超過一個光子（使光子發(fā)生“糾纏”）的新型存儲器，“我們的目標是開發(fā)出一個在所有這些方面都表現良好的系統(tǒng)，并于十年內推向市場。”
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