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光和单个电子用于检测存储在100,000个核量子位的量子信息

时间：2022-06-06 15:25:09 来源：

研究人员已经找到了一种使用光和单个电子来与量子位云进行通信的方法，并感知其行为，使得可以检测密集云中的单量子位。

来自剑桥大学的研究人员能够在100,000个核的“干草堆”中注入高度脆弱的量子信息的“针”。使用激光器来控制电子，然后研究人员可以使用该电子来控制干草堆的行为，使得更容易找到针。它们能够检测“针”，精度为每百万百百万分：足够高，以检测该大型集合中的单量子位。

该技术使得可以将高易碎量子信息光学地发送到核系统以进行存储，并以最小的干扰验证其印记，这是基于量子光源的量子互联网开发的重要步骤。结果在自然物理学期刊中报道。

第一个量子计算机 - 即使是最强大的超级计算机即使是最强大的超级计算机也会利用亚原子粒子的奇怪行为。但是，利用他们的全部潜力需要一种方式来网络：量子互联网。传输量子信息的光通道是对量子互联网的承诺候选者，并且目前没有比半导体量子点的更好的量子光源：基本上是人造原子的微小晶体。

然而，有一件事以量子点和量子互联网代替：能够暂时存储沿网络分段帖子的量子信息。

“解决这个问题的解决方案是通过隐藏在100,000原子核的云中来存储易碎量子信息，即每个量子点在大海捞针中含有针，”来自剑桥的Cavendish实验室的MeteAtatüre教授，他领导了研究。“但如果我们试图与这些核电沟通，如我们与位沟通，他们往往会随机”翻转“，创造一个嘈杂的系统。”

量子点中包含的量子位云通常不在集体状态下行动，使其成为获取信息中的信息的挑战。然而，Atatüre和他的同事们在2019年表明，当使用光线冷却到超低温度时，可以使这些核心合并“量子舞蹈”，显着降低系统中的噪音量。

现在，他们已经向核心存储和检索量子信息迈出了另一种基本步骤。通过控制100,000个核的集体状态，他们能够以超过1.9份的“翻转量子位”为“翻转量子位”的存在量，以每百万的超高精度：足以看到云中的单个比特翻转核。

“技术上，这是非常苛刻的，”阿塔图尔·斯塔尔说，他也是圣约翰大学的研究员。“我们没有一种”谈论“到云端的方式，云层没有办法与我们交谈。但我们可以谈论的是一个电子：我们可以与牧群羊的狗一样沟通。“

使用来自激光的光，研究人员能够与电子通信，然后将其与核的旋转或固有的角动力通信。

通过与电子交谈，旋转的混沌集合开始冷却并在牧羊化电子周围反弹;除了更多有序的状态下，电子可以在核中产生旋转波。

“如果我们想象我们的旋转云作为一个100,000只羊随机移动，一只绵羊突然改变方向很难看，”阿塔图尔·奥特兰说。“但是如果整个畜群作为一个明确的波浪，那么单一的绵羊改变方向变得非常明显。”

换句话说，注入由单个核自旋翻转的旋转波进入集合体，使得更容易检测100,000个核旋转之间的单一核自旋翻转。

使用这种技术，研究人员能够将信息发送到量子位，并以最小的干扰表示旋转的“倾听”，下降到量子力学设定的基本限制。

“通过这种核心的大型集合来利用这种控制和感测能力，我们的下一步将展示来自核旋转寄存器的任意量子钻头的存储和检索，”博士生兼博士学位卡文派实验室。

“这一步骤将完成一个连接到光线的量子记忆 - 在圣约翰学院的研究员Co-First Author Dorian Gangloff说，这是一个Quary的Quantum internive ob on Right的大量建筑块。”

除了其对未来量子互联网的潜在用途外，该技术还可用于开发固态量子计算。

参考：DM Jackson，Da Gangloff，JH Bodey，L. Zaporski，C. Bachorz，E.Clarke，M. Hugues，C.Leall和M.Atatüre，15 2021年2月，Nature Physics.doi：
10.1038 / s41567-020-01161-4

该研究部分由欧洲研究委员会（ERC），工程和物理科学研究委员会（EPSRC）和皇家社会提供支持。


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