在 2022 年 8 月 24 日发表于《自然》杂志上的一篇文章中,来自马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)的一支团队,详细介绍了一种高效驱动光量子纠缠的新方法。虽然听起来有些违反直觉,但数十年来的量子实验已经充分证明 —— 无论相距多远,改变其中一个结对粒子的状态、就会同步改变另一粒子的状态。
一个铷原子被困在一个由两个高反射镜组成的光学谐振器中(渲染图,来自:MPQ)
(资料图片仅供参考)
受量子纠缠现象的启发,近年来已有大量团队投入新兴商业技术的开发。
真空状态下的光学谐振器,单个铷原子被困于支架内的锥形镜之间。
以量子计算器为例,其中纠缠的例子,就可用于存储和存储信息的量子比特。
研究配图 1 - 实验设置 / 协议概述
为实现最佳效果,量子计算机需要用到能够产生大量粒子、并将之纠缠到一起的装置,但这显然并非易事。
研究配图 2 - GHz 状态
好消息是,MPQ 研究人员找到了一种更可靠的量子纠缠方法,并成功地将 14 个光子纠缠到了一起 —— 这也是迄今为止规模最喜人的“光子簇”。
研究配图 3 - 集簇状态
具体说来是,研究团队从单独的铷原子开始上手,将它困在一个以特定模式反射电磁波的光学腔中。当被特定频率的激光击中时,原子就被赋予了准备就绪的给定特定。
研究配图 4 - 测得 N 光子重合率
接着研究人员向它发射另一调制脉冲,以使原子发射一个与它纠缠的光子。通过重复该过程,原子便可在每个光子发射之间旋转,直到产生一整条相互纠缠的“光子链”。
扩展数据图 1 - 详细的实验序列
更棒的是,该过程较现有技术的效率更加出众 —— 产生光子的时间占比超过 43%,近乎每两次光脉冲就能产生一个光子。
扩展数据图 2 - 奇偶性振荡
尽管对于长期关注量子纪录的朋友们来说,14 个纠缠量子可能听起来不算多 —— 毕竟此前科学家已设法通过气体实验、实现了数万亿个原子的纠缠 —— 但此类系统并不适用于量子计算机或量子通信。
扩展数据图 3 - 发射器的相干特性
相比之下,通过常规技术手段产生的光子,其量子应用也要简单得多。更何况这项新技术颇具效率优势,意味着后续能够轻松扩展光子的产量。下一步,MPQ 团队计划开展至少利用两个原子的新实验。
扩展数据图 4 - vSTIRAP 过程引发的失真
最后,有关这项研究的详情,已发表于近日出版的《Nature》期刊上,原标题为《Efficient generation of entangled multiphoton graph states from a single atom》。
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