激光回路使量子系统在一定距离内耦合

时间:2020-05-27 18:46 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

激光回路使量子系统在一定距离内耦合

研究人员首次成功地在长距离的量子系统之间建立了强耦合。他们用一种新颖的方法实现了这一目标,在这种方法中,一个激光回路将两个系统连接起来,实现了几乎无损的信息交换和它们之间的强相互作用。在《科学》杂志上,来自巴塞尔大学和汉诺威大学的物理学家报告说,这种新方法为量子网络和量子传感器技术开辟了新的可能性。

量子技术是目前世界上最活跃的研究领域之一。它利用原子、光或纳米结构的量子力学状态的特殊性质来开发,例如,用于医学和导航的新型传感器、用于信息处理的网络以及用于材料科学的强大模拟器。产生这些量子态通常需要相关系统之间的强相互作用,例如几个原子或纳米结构之间。

然而,到目前为止,足够强的相互作用仅限于短距离。通常情况下,两个系统必须被放置在同一块芯片上,在低温或相同的真空室中,它们通过静电或静磁力相互作用。然而,在量子网络或某些类型的传感器等许多应用程序中,需要将它们跨更大的距离进行耦合。

由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所(SNI)的Philipp Treutlein教授领导的一组物理学家,现在第一次成功地在室温环境中创造了两个系统之间更大距离的强耦合。在他们的实验中,研究人员使用激光将100纳米薄膜的振动与1米范围内原子的自旋运动耦合起来。因此,膜的每一次振动都决定了运动中的原子的自旋,反之亦然。

一圈光起着机械弹簧的作用

这项实验是基于研究人员与汉诺威大学的理论物理学教授Klemens Hammerer共同开发的一个概念。它包括在系统之间来回发送一束激光。托马斯·卡格博士解释说:“然后,光的行为就像一个机械弹簧,在原子和薄膜之间拉伸,并在两者之间传递力。”在这个激光回路中,光的特性可以被控制,这样两个系统的运动信息就不会丢失到环境中,从而确保量子力学的相互作用不被干扰。

研究人员现在已经成功地首次在实验中实现了这一概念,并将其用于一系列的实验中。“量子系统和光的耦合是非常灵活和通用的,”Treutlein解释说。“我们可以控制系统之间的激光束,这样我们就可以产生不同类型的相互作用,这对量子传感器很有用。”

量子技术的新工具

除了将原子与纳米力学膜耦合外,该方法还可用于其它几个系统;例如,当耦合超导量子比特或用于量子计算研究的固态自旋系统时。光耦合的新技术可以用来互连这样的系统,创建信息处理和模拟的量子网络。Treutlein确信:“这是我们量子技术工具箱中一个新的、非常有用的工具。”

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