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量子記憶存儲與檢索時間創(chuàng)新紀(jì)錄

時間：2008-12-12 07:52:07

關(guān)鍵字：量子信號相位中繼器

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[導(dǎo)讀]本報訊(記者劉霞)物理學(xué)家將量子信息存儲到非常冰冷的原子纏結(jié)中，并大幅提高了從中檢索的時間。雖然提高的時間只有短短幾毫秒，但在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中，該時間足夠?qū)?shù)據(jù)從一個量子中繼器傳輸?shù)搅硪粋€，這使科學(xué)家朝量子網(wǎng)

本報訊(記者劉霞)物理學(xué)家將量子信息存儲到非常冰冷的原子纏結(jié)中，并大幅提高了從中檢索的時間。雖然提高的時間只有短短幾毫秒，但在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中，該時間足夠?qū)?shù)據(jù)從一個量子中繼器傳輸?shù)搅硪粋€，這使科學(xué)家朝量子網(wǎng)絡(luò)的制造邁出了意義重大的一步。該研究成果發(fā)表在最新出版的《自然•物理》雜志上。

　　這個新的紀(jì)錄———銣原子存儲到偶極光學(xué)陷阱的時間為7毫秒，而以前的存儲時間紀(jì)錄是32微秒。美國佐治亞理工學(xué)院的亞歷克斯•庫茲米奇說：“這是真正有意義的一步，因?yàn)閺母拍钌现v，它為長距離的量子網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了更長的存儲時間。對于具有許多存儲元件的多重體系來講，幾毫秒將允許光的運(yùn)動穿過一千公里?！睌U(kuò)充存儲時間的關(guān)鍵包括使用一維的光晶格將原子“圈起來”，并選擇一個不受磁效應(yīng)影響的原子相位。

　　量子互聯(lián)網(wǎng)的目的是分配“纏結(jié)”的量子位———兩個距離很遠(yuǎn)、有相互關(guān)系的數(shù)據(jù)位，代表“0”或者“1”。所謂“纏結(jié)”是指具有交互作用的粒子之間的神奇連接，即使粒子位于宇宙空間的兩邊，這種連接都能以極快的速度連接，量子位像光子一樣在光纖網(wǎng)絡(luò)中旅行。

　　因?yàn)樵诮M成網(wǎng)絡(luò)的光纖中會失去一部分，所以必須等距離地安裝中繼器來提高信號，通常是100公里一個。這些中繼器需要量子記憶來接收光子信號并簡單存儲，接著產(chǎn)生一個光子信號，攜帶信息到下一個節(jié)點(diǎn)，最后到達(dá)目的地。

　　為了達(dá)成量子記憶，研究人員使用一個銣87原子系綜，并將其冷凍到絕對零度以使原子的活動最小。為了存儲信息，該原子系綜被暴露于攜帶信號的激光之下，允許每一個原子作為“集體激發(fā)”的一部分參與存儲。

　　簡單來說，每一個原子“看見”了前來的信號———一個快速擺動的電磁場，就會刻下相位信息，該相位信息之后就能被“讀”到。盡管非常冰冷，系綜原子可在任意方向自由移動。因?yàn)槊恳粋€原子存儲量子信息的一部分，且數(shù)據(jù)的有用性依賴每個原子參照其他原子的位置，原子大量的運(yùn)動可能會破壞信息。

　　物理學(xué)家斯圖爾特•杰肯斯說，達(dá)成長時間量子記憶的挑戰(zhàn)是盡可能長時間地維持相位。為了擴(kuò)展系綜原子的記憶時間，研究人員采用了兩種方法。

　　第一種方法是使用一個由激光柱組成的光晶格將原子圈起來，通過選擇激光頻率，原子就被吸引到晶格內(nèi)特定的區(qū)域，但它們又不會被緊緊地捆綁在一個地方，因?yàn)橄稻C原子受磁性等環(huán)境條件影響。第二個策略是使用已被推到對磁場不那么敏感的“時鐘轉(zhuǎn)移狀態(tài)”的原子。

　　庫茲米奇稱，盡管這個實(shí)驗(yàn)明顯地改進(jìn)了量子記憶，實(shí)際的量子網(wǎng)絡(luò)可能至少還需要10年的時間。

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