新技術(shù)“轉(zhuǎn)導(dǎo)”不同量子信息模式_環(huán)球短訊

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銣原子電子能級示意圖。圖片來源：庫瑪

科技日報記者 劉霞

美國科學(xué)家在最新一期《自然》雜志刊文指出，他們利用銣原子，讓量子信息在不同技術(shù)之間轉(zhuǎn)換，新方法能將量子信息從量子計算機(jī)使用的格式轉(zhuǎn)換為量子通信所需格式，對量子計算、通信和網(wǎng)絡(luò)等多個領(lǐng)域具有重要意義。

光子（光的粒子）對量子信息技術(shù)至關(guān)重要，不同技術(shù)在不同頻率下使用它們，如谷歌和IBM公司使用的超導(dǎo)量子比特將量子信息存儲在以微波頻率移動的光子中。但是想創(chuàng)建一個量子網(wǎng)絡(luò)，或讓量子計算機(jī)相連，就不能發(fā)送微波光子，因?yàn)樵谖⒉l率下，這些量子信息會被熱噪聲掩蓋。

解決方案是將量子信息傳輸給更高頻率的光學(xué)光子，后者能更好地應(yīng)對環(huán)境噪聲。但量子信息不能直接從一個光子傳遞到另一個光子，需要“中間人”。一些科學(xué)家利用固態(tài)器件充當(dāng)中間人，而芝加哥大學(xué)博士后艾西瓦婭·庫瑪?shù)热藙t采用原子來解決這一問題。

原子中的電子只被允許擁有特定的能量（能級），處于較低能級的電子可被光子激發(fā)到較高能級。而處于較高能級的電子被迫下降到較低能級時，原子就會發(fā)射出一個光子。

在最新實(shí)驗(yàn)中，庫瑪?shù)热擞玫搅算溤樱淠芗壡『糜袃蓚€缺口：一個缺口正好等于微波光子的能量，另一個缺口恰好等于光學(xué)光子的能量。研究團(tuán)隊(duì)通過利用激光改變銣原子的電子能量，從而使原子能吸收具有量子信息的微波光子，然后發(fā)射具有該量子信息的光學(xué)光子。這種不同量子信息模式之間的轉(zhuǎn)換被稱為“轉(zhuǎn)導(dǎo)”。

庫瑪指出，這項(xiàng)技術(shù)可將量子信息從微波光子轉(zhuǎn)移到光學(xué)光子，反之亦然，因此，它可作為量子互聯(lián)網(wǎng)的基本組成部分。更重要的是，最新技術(shù)的核心是發(fā)生強(qiáng)烈糾纏的原子和光子，而糾纏是包括量子計算、模擬、劑量和原子鐘等在內(nèi)的幾乎所有量子技術(shù)的核心，因此，最新技術(shù)有望在多個領(lǐng)域“大顯身手”。

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