量子信息的产生、存储和检索
By CLARE WATSON
量子计算的潜力是巨大的，但是纠缠粒子能够可靠地携带信息的距离仍然是一个巨大的障碍。最微小的干扰都会使他们的关系变得一团糟。
为了解决这个问题，量子计算研究人员已经找到了稳定长长度光纤的方法，或者使用卫星在接近真空的太空中保存信号。
然而，基于量子的网络不仅仅是传输。科学家们一直在努力实现他们梦寐以求的目标，即开发一个由相互连接的单元或“中继器”组成的系统，该系统还能像传统计算机一样存储和检索量子信息，以扩大网络的覆盖范围。
现在，一组研究人员已经创建了一个原子处理节点系统，该系统可以包含量子点在与现有电信基础设施兼容的波长下产生的临界状态。
它需要两个设备:一个产生并可能纠缠光子，另一个“记忆”组件可以根据需要在不干扰光子的情况下存储和检索光子中所有重要的量子态。
“将两个关键设备连接在一起是实现量子网络的关键一步，我们很高兴能成为第一个能够证明这一点的团队，”来自伦敦帝国理工学院(ICL)的量子光学物理学家和主要作者莎拉·托马斯说。
这个新提出的系统部分在德国制造，并在ICL组装，它将一个半导体量子点放置在热铷原子云中，能够一次发射一个光子，作为量子存储器。激光可以“打开”和“关闭”存储组件，允许光子的状态根据需要从铷云中存储和释放。
这个特殊的系统传输量子记忆的距离还没有经过测试——它只是一个在地下室实验室里的概念验证原型，一个基于光子甚至没有纠缠的原型。但这一壮举可以为量子互联网奠定坚实的基础，比仅仅依靠纠缠光子要好。
该团队在他们发表的论文中写道:“这种首次从原子存储器中按需召回量子点光的演示，是迈向可扩展量子网络的混合量子光-物质界面的关键第一步。”
一段时间以来，量子计算的研究人员一直试图将光子光源和存储量子数据的处理节点连接起来，但没有取得多大成功。
来自英国南安普顿大学的实验量子物理学家、该研究的合著者帕特里克·莱德汉姆(Patrick Ledingham)说:“这包括我们，在此之前我们已经用不同的存储器和量子点设备做过两次实验，这可以追溯到五年多前，这表明这是多么困难。”
部分问题在于，目前使用的光子发射量子点和原子“记忆”节点被调谐到不同的波长;它们的带宽互不相容。
2020年，来自中国的一个团队尝试冷却铷原子，以诱使它们进入与光子相同的纠缠状态，但这些光子随后必须转换到合适的频率，以便沿着光纤传输——这会产生噪音，破坏系统的稳定。
托马斯及其同事设计的存储系统有足够宽的带宽与量子点发出的波长相连接，并且噪声足够低，不会干扰纠缠的光子。
虽然这一壮举意义重大，但研究人员仍在努力改进他们的原型。为了制造量子网络就绪设备，他们想尝试延长存储时间，增加量子点和原子节点之间的重叠，并缩小系统的大小。他们还需要用纠缠光子测试他们的系统。
目前，它仍然是一条脆弱的线索，但有一天我们可以看到这种技术或类似的东西覆盖世界，形成一个精致而稳定的量子网络。
这项研究发表在《科学进展》杂志上。