振动膜发出的量子纠缠光

时间:2020-04-06 18:39 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

振动膜发出的量子纠缠光

量子纠缠是量子计算的重要资源,它是量子系统间相互关联的一种重要形式。哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所量子光学组的研究人员最近通过使两束激光在同一机械谐振器(一种被拉紧的薄膜)上反弹而使它们纠缠在一起。这为从微波辐射到光束的各种电磁场的纠缠提供了一种新颖的方法。特别是,在光场和微波场之间建立纠缠将是解决长期存在的在微波体制下运行的两台远程量子计算机之间共享纠缠的挑战的关键一步。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

在未来的量子互联网中,也就是量子计算机的互联网中,纠缠需要在两个相距遥远的量子计算机之间共享。这通常是通过像光纤这样的电磁连接来实现的。目前,最先进的量子系统之一是基于超导电路,它在微波环境下工作。尽管如此先进,将这样的计算机连接到网络中仍然是一个巨大的挑战:微波不可能传播得很远而不造成损失,这对量子计算任务是有害的。解决这一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。然而,由于波长的巨大差异(微波的波长为毫米,而光的波长为微米),这种转换仍然是一个挑战。

物体受到光粒子轰击时振动

当一个电磁场,即激光束,被一个振动的物体反射时,它可以读出振动。这是一种广泛应用于光基传感的效应。另一方面,电磁场是由光子,光的能量子弹组成的。当光线被物体反弹回来时,光子会对其进行猛烈的冲击,从而导致额外的振动。这种额外的振动称为量子反向作用。两个电磁场在同一机械物体上的反射提供了场之间有效的相互作用。这种相互作用与两个场的波长无关。然后,这种相互作用可以被用来在两个场之间产生纠缠,而不依赖于它们的波长,例如在微波和光学之间。虽然量子反作用力对于原子这样小的物体来说可能很突出,但直到最近几年,研究人员才能够制造出宏观的机械装置,这些装置对观察这种效应非常敏感。

超灵敏机械装置调解纠缠

在他们现在报道的工作中,来自量子光力学组的研究人员使用了一层3x3毫米宽的薄膜,由氮化硅制成,并通过一组孔的模式来隔离中心垫的运动。这使得该设备足够敏感,以显示量子反向作用。他们同时用两束激光照射薄膜,其中一束激光看到另一束的量子反向作用,反之亦然。这样,两束激光之间就产生了很强的相互关系,甚至是纠缠。“你可以说这两束激光通过薄膜的运动‘交谈’,”陈俊欣说,他在博士期间一直在从事这个项目,也是这篇科学论文的主要作者之一。

“薄膜振荡器的作用是作为一种相互作用的介质,因为激光不直接相互作用——光子不相互作用,只通过振荡器。”陈君欣进一步说:“光子和膜之间的相互作用是波长无关的,原则上允许微波-光学纠缠。”要做到这一点,还需要进一步的实验工作——尤其是在接近绝对零度的温度下对薄膜进行操作,在这个温度下超导量子计算机才能工作。Niels Bohr研究所正在进行类似的实验。

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