技術原理類似糾纏“裝配線”首個可程式設計光學量子儲存器問世

科技日報北京10月11日電 （記者張夢然）德國帕德博恩大學和烏爾姆大學研究人員合作，開發出首個可程式設計光學量子儲存器。新技術的工作原理類似於糾纏“裝配線”，其中糾纏的光子對會按順序建立並與儲存的光子結合。該研究作為“編輯推薦”發表在最新一期《物理評論快報》雜誌上。

今年，諾貝爾物理學獎頒發給在量子糾纏實驗方面具有重要貢獻的3名科學家。量子糾纏是指在量子力學中處於糾纏態的兩個或多個粒子，即便分開很遠距離，有些狀態也會表現得像是一個整體。而能包含多個量子粒子的糾纏系統，在實現量子演算法方面具有顯著優勢，這些演算法有可能用於通訊、資料安全或量子計算。

但以前，試圖糾纏兩個以上的粒子只會導致非常低效的糾纏產生。在某些情況下，如果研究人員想要將兩個粒子與其他粒子聯絡起來，則需要漫長的等待，因為促進這種糾纏的互連僅以有限的機率起作用。這意味著一旦下一個合適的粒子到達，光子就不再是實驗的一部分，因為儲存量子位元狀態代表了一項重大的實驗挑戰。

研究人員解釋說：“我們現在開發了一種可程式設計的光學緩衝量子儲存器，它可在不同的模式——儲存模式、干涉模式和最終釋放模式之間動態地來回切換。”

在實驗裝置中，一個小的量子態可被儲存，直到產生另一個狀態，然後兩者可糾纏在一起。這使得一個大的、糾纏的量子態能夠逐個粒子地“成長”。研究團隊使用這種方法來糾纏4個和6個粒子，使其比以前的任何實驗都更有效率，成功率分別是傳統方法的9倍和35倍。

研究人員解釋說：“我們的系統允許逐漸建立越來越大的糾纏態——這比以前的任何方法都更快、更可靠、更有效。對我們來說，這代表了一個里程碑，使我們離有用的量子技術的大型糾纏態的實際應用越來越近了。”新方法可與所有常見的光子對源相結合，這意味著利用該方法，其他領域科學家也能夠獲得幫助。

【總編輯圈點】

因為今年的諾貝爾物理學獎，量子糾纏的概念也在普通公眾中火了一把。這種幽靈般的超距作用，不僅可以被觀察到，也可以被製備出來。量子資訊研究興起以來，實現多粒子量子糾纏一直是量子物理實驗研究的追求之一。此前，中國科學家在這方面也取得了許多成績。本文介紹了一種實驗裝置，可以相對快速地“生長”出糾纏的量子，形成多個量子的糾纏態。實現更大的量子糾纏，能為將來穩定地儲存、傳輸和操縱量子，實現量子計算和量子通訊打牢基礎。

（科技日報）