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低能微波和高能光子首次實現(xiàn)糾纏,對量子計算相關(guān)研究意義重大
最后更新: 2023-05-19 08:10:49奧地利科學(xué)技術(shù)研究所、維也納科技大學(xué)和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員在最新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表論文稱,他們首次將低能微波與高能光學(xué)光子糾纏在一起。兩個光子的這種糾纏量子態(tài)是通過室溫鏈路連接超導(dǎo)量子計算機的基礎(chǔ),這對擴展現(xiàn)有的量子硬件、實現(xiàn)與其他量子計算平臺的互連,以及新型量子增強遙感應(yīng)用都具有重大影響。
實驗裝置的藝術(shù)渲染圖,光束光學(xué)光子(紅色)進入和離開電光晶體并在其圓形部分內(nèi)諧振,以及產(chǎn)生的微波光子(藍色)離開裝置。
圖片來源:《科學(xué)》網(wǎng)
單個微波光子其實是處理器內(nèi)超導(dǎo)量子比特之間的信息載體,不適合在處理器之間的室溫環(huán)境發(fā)送。因為熱量會對糾纏等量子特性產(chǎn)生破壞,使量子比特不能計算。鑒于此,為了保持功能,量子計算機必須將量子比特與環(huán)境隔離,在真空中將其冷卻到極低的溫度。
對于超導(dǎo)量子比特來說,它們要與微小電流一起工作,這些電流以每秒大約一百億次的頻率在電路中來回移動。它們使用微波光子(光粒子)相互作用。但問題在于,即使是少量的熱量,也很容易干擾單個微波光子及其量子特性。
研究人員使用了一種特殊的電光設(shè)備:一種由非線性晶體制成的光學(xué)諧振器,它會在存在電場的情況下改變其光學(xué)特性。超導(dǎo)腔容納這種晶體并增強這種相互作用。
他們使用激光在幾分之一微秒內(nèi)將數(shù)十億個光學(xué)光子發(fā)送到電光晶體中。通過這種方式,一個光學(xué)光子分裂成一對新的糾纏光子:一個光學(xué)光子的能量僅比原始光子少一點,而一個微波光子的能量低得多。研究人員成功建造了一個體積更大的超導(dǎo)裝置,不僅能避免對超導(dǎo)性的破壞,還有助于更有效地冷卻設(shè)備并在光學(xué)激光脈沖的短時間內(nèi)保持低溫。
研究人員表示,此次突破在于離開設(shè)備的兩個光子——光學(xué)光子和微波光子相互糾纏在了一起。他們通過測量兩個光子電磁場的量子漲落之間的相關(guān)性,對新研究加以證實,這種相關(guān)性比經(jīng)典物理學(xué)所能解釋的還要強。
(作者: 張夢然)
標(biāo)簽 科技前沿- 原標(biāo)題:低能微波和高能光子首次實現(xiàn)糾纏,對量子計算相關(guān)研究意義重大
- 責(zé)任編輯: 王濛 
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