一种更简便的连接量子计算机的方法

发布时间：2023-09-19 12:47:17 所属栏目：动态来源：

导读：普林斯顿大学的研究人员发明了一种新方法，利用接近电信波段的光波长将我们的量子计算机与外太平洋高保真光纤通信信号电子地连接起来。

虽然今天的经典数据信号可以在城市或海洋中被放大，但量子信号却不能。它们

普林斯顿大学的研究人员发明了一种新方法，利用接近电信波段的光波长将我们的量子计算机与外太平洋高保真光纤通信信号电子地连接起来。

虽然今天的经典数据信号可以在城市或海洋中被放大，但量子信号却不能。它们必须每隔一段时间重复一次——也就是说，被称为量子中继器的专门机器停止、复制和传递。许多专家认为，这些量子中继器将在未来的通信网络中发挥关键作用，允许增强安全性并实现远程量子计算机之间的连接。

该装置由两部分组成:掺杂少量铒离子的钨酸钙晶体，以及蚀刻成j形通道的纳米级硅片。用一种特殊的激光脉冲，离子通过晶体发出光。但是硅片，一个粘在晶体顶部的半导体，捕捉并引导单个光子进入光纤电缆。

汤普森说，理想情况下，这个光子将被来自离子的信息编码。或者更具体地说，从离子的量子特性称为自旋。在量子中继器中，收集和干扰来自远距离节点的信号会在它们的自旋之间产生纠缠，从而允许量子态的端到端传输，尽管沿途会有损失。

为了解决这个问题，他的实验室开始与电子和计算机工程副教授纳塔莉·德莱昂(Nathalie de Leon)和著名固态材料科学家、普林斯顿大学罗素·威尔曼·摩尔化学教授罗伯特·卡瓦(Robert Cava)合作，探索能够承载单铒离子、噪音更小的新材料。

他们将候选材料从数十万种筛选到几百种，然后是几十种，最后是三种。三名决赛选手都花了半年的时间进行测试。第一种材料被证明不够清晰。第二个原因是铒的量子特性很差。但是第三种，钨酸钙，刚好合适。

为了证明这种新材料适用于量子网络，研究人员建造了一个干涉仪，让光子随机通过两条路径中的一条:一条是几英尺长的短路径，或者一条是22英里长的长路径(由线轴光纤制成)。离子发射的光子可以走长路，也可以走短路，大约有一半的时间，连续的光子走相反的路，同时到达输出端。

通过观察干涉仪输出中单个光子的强烈抑制(高达80%)，相关的研究小组进一步最终证明了新材料中的一部分铒离子可以用来发射出无法令人信服地区分的不同波长的光子。研究负责人之一、研究生萨利姆·乌拉里表示，这使得信号远远高于高保真阈值。

虽然这项工作跨越了一个重要的门槛，但还需要额外的工作来改善量子态在铒离子自旋中的存储时间。该研究团队技术人员目前正致力于精心设计制造更精细的纳米钨酸钙，其中干扰正常量子自旋态的电磁辐射的杂质更少。

（编辑：汽车网）

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