光子盒研究院出品
近日，哥本哈根大學(xué)尼爾斯玻爾研究所與波鴻魯爾大學(xué)（Ruhr University Bochum）合作，解決了一個(gè)多年來(lái)令量子研究人員頭痛的問(wèn)題[1]。
研究人員現(xiàn)在可以控制兩個(gè)量子光源而不是一個(gè)。雖然看起來(lái)微不足道，但這一巨大的突破使研究人員能夠創(chuàng)造“量子力學(xué)糾纏”現(xiàn)象，這又將為公司和其他公司在商業(yè)上利用量子技術(shù)打開(kāi)了新的大門(mén)。
由兩個(gè)糾纏的量子光源組成的芯片
從1到2：“量子化”已有設(shè)備的第一步
在大多數(shù)情況下，從1到2是一個(gè)小成就；但在量子物理學(xué)的世界里，這樣做是至關(guān)重要的。多年來(lái)，世界各地的研究人員一直在努力開(kāi)發(fā)穩(wěn)定的量子光源，并實(shí)現(xiàn)量子力學(xué)糾纏現(xiàn)象：這種現(xiàn)象具有近乎科幻的特性，兩個(gè)光源可以立即相互影響，并可能跨越很大的地理距離。不僅如此，糾纏是量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，也是開(kāi)發(fā)高效量子計(jì)算機(jī)的核心。
此次，尼爾斯玻爾研究所團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的最新成果顯示[2]，他們?cè)诔晒Φ刈龅搅诉@一點(diǎn)。據(jù)該成果的研究人員之一Peter Lodahl教授稱(chēng)，這是努力將量子技術(shù)發(fā)展到下一階段并將計(jì)算機(jī)、加密和互聯(lián)網(wǎng)“量子化”的關(guān)鍵一步。
“我們現(xiàn)在可以控制兩個(gè)量子光源并將它們相互連接。這聽(tīng)起來(lái)可能不多，但這是一個(gè)重大的進(jìn)步，建立在過(guò)去20年的工作基礎(chǔ)上的。通過(guò)這樣做，我們揭示了擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模的關(guān)鍵，這對(duì)最具突破性的量子硬件應(yīng)用至關(guān)重要。”
光子晶體波導(dǎo)中兩個(gè)量子點(diǎn)間的光子介導(dǎo)耦合的圖示，其中一個(gè)量子點(diǎn)被光學(xué)泵送。隨后，耦合的量子點(diǎn)系統(tǒng)的發(fā)射動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)出超輻射和亞輻射，這源于發(fā)射到光子晶體波導(dǎo)的場(chǎng)的建設(shè)性（亮線(xiàn)）或破壞性（暗線(xiàn)）干擾和每個(gè)量子點(diǎn)的散射。
光量子技術(shù)，性能強(qiáng)于超級(jí)計(jì)算機(jī)
Peter Lodahl的小組正在研究一種量子技術(shù)，該技術(shù)使用被稱(chēng)為光子的光粒子作為微觀(guān)運(yùn)輸工具來(lái)移動(dòng)量子信息。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，從左到右：Peter Lodahl, Anders Srensen, Vasiliki Angelopoulou, Ying Wang, Alexey Tiranov, Cornelis van Diepen
雖然Lodahl的小組是這一量子物理學(xué)科的領(lǐng)導(dǎo)者，但直到現(xiàn)在他們也只能一次控制一個(gè)光源。這是因?yàn)楣庠磳?duì)外界的“噪音”異常敏感，使得它們非常難以復(fù)制。在他們的新成果中，該研究小組成功地創(chuàng)造了兩個(gè)相同的量子光源，而不是只有一個(gè)。
“糾纏意味著，通過(guò)控制一個(gè)光源，會(huì)立即影響到另一個(gè)。這使得創(chuàng)建一個(gè)由糾纏的量子光源組成的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)成為可能，所有這些光源都相互作用，你可以讓它們以與普通計(jì)算機(jī)中的比特相同的方式進(jìn)行量子比特操作，只是要強(qiáng)大得多。”文章的主要作者、博士后Alexey Tiranov解釋說(shuō)。
這是因?yàn)橐粋�(gè)量子比特可以同時(shí)是1和0，這導(dǎo)致處理能力是使用今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的。據(jù)Lodahl教授說(shuō)，從一個(gè)量子光源發(fā)出的僅僅100個(gè)光子將包含比世界上最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)所能處理的更多信息。
通過(guò)使用20-30個(gè)糾纏的量子光源，有可能建立一個(gè)容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)這是量子技術(shù)的終極“圣杯”；如今，大型IT公司正投入數(shù)十億美元以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
應(yīng)用端部署量子物理：計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、加密技術(shù)
據(jù)Lodahl說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)是要從控制一個(gè)量子光源到兩個(gè)量子光源。其中，這使得研究人員必須開(kāi)發(fā)極其安靜的納米芯片，并對(duì)每個(gè)光源進(jìn)行精確控制。
隨著新研究的突破，基本的量子物理研究已經(jīng)到位�，F(xiàn)在，是時(shí)候讓其他行為者接受研究人員的工作，并將其用于尋求在一系列技術(shù)中部署量子物理，包括計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和加密。
“對(duì)于一所大學(xué)來(lái)說(shuō)，建立一個(gè)我們控制15-20個(gè)量子光源的裝置是太昂貴了。因此，現(xiàn)在我們已經(jīng)為理解基本的量子物理學(xué)做出了貢獻(xiàn)，并在這條路上邁出了第一步，進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模在很大程度上將是一項(xiàng)新的技術(shù)任務(wù)。”Lodahl教授說(shuō)。
參考鏈接：
[1]https://nbi.ku.dk/english/news/news23/danish-quantum-physicists-make-nanoscopic-advance-of-colossal-significance/
[2]https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade9324
