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纠缠是量子系统之间一种强大的相关形式是量子计算的重要资源

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纠缠是量子系统之间一种强大的相关形式,是量子计算的重要资源。哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所的量子光力学小组的研究人员最近通过将两个激光束从同一张机械谐振器(张紧的膜)上反弹而纠缠在一起。这提供了一种缠结从微波辐射到光束的不同电磁场的新颖方法。特别是,在光场和微波场之间产生纠缠将是解决长期存在的挑战的关键步骤,该挑战是在微波状态下运行的两个遥远的量子计算机之间共享纠缠。结果现已发表在《自然通讯》上。

在未来的量子互联网(即量子计算机的互联网)中,纠缠需要在两个遥远的量子计算机之间共享。通常使用电磁链路(例如光纤)来完成此操作。目前,最先进的量子系统之一基于超导电路,该电路在微波状态下工作。尽管已经非常先进,但是在网络中连接此类计算机仍然面临着严峻的挑战:微波不能无损耗地传播很远,这对量子计算任务是有害的。缓解此问题的一种方法是,首先将微波与光场纠缠在一起,然后使用损耗低得多的光链路进行长距离通信。但是,由于波长差异很大(微波为毫米,光为微米),这种转换仍然是一个挑战。

物体被轻粒子轰击时振动

当电磁场(即激光束)从振动的物体反射时,它可以读出振动。这是基于光学的传感中广泛使用的效果。另一方面,电磁场由光子,能量组成。当光从物体反射回来时,光子轰击它,从而导致额外的振动。这种额外的振动称为量子反作用。两个电磁场在同一机械物体上的反射提供了场之间的有效相互作用。不管两个场的波长如何,都发生这种相互作用。然后,可以利用这种相互作用在两个场之间产生纠缠,而与它们的波长无关,例如在微波和光学之间。尽管量子反作用在小到一个原子的物体上可能很突出,但仅在最近几年,研究人员才能够制造出对观察这种效应非常敏感的宏观机械装置。

超灵敏的机械设备介导纠缠

在他们现在报道的工作中,来自量子光机组的研究人员使用了一种3x3毫米宽的薄膜,该薄膜由氮化硅制成,并穿有孔洞的图案,隔离了中央垫片的运动。这使得设备足够灵敏以显示量子反作用。他们同时在膜上照射两束激光,其中一束激光看到另一束的量子反作用,反之亦然。这样,在两个激光器之间就产生了很强的相关性,甚至产生了纠缠。“你可以说这两个激光通过膜的运动'交谈',”陈俊新说。他在博士期间一直从事该项目的研究,是该科学论文的主要作者之一。

“膜振荡器起相互作用介质的作用,因为激光不会彼此直接交谈-光子不会仅通过振荡器进行相互作用。” Chen Junxin进一步说:“光子与膜之间的相互作用与波长无关,原则上允许微波与光学纠缠。” 为此,需要进一步的实验工作 -特别是膜在接近绝对零的温度下运行,如今超导量子计算机在该温度下工作。Niels Bohr研究所正在按照这些思路进行实验。

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