专业第一：产生、存储和检索的量子信息

这量子计算的潜力是巨大的，但距离纠缠粒子能否可靠地携带信息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混乱。

为了规避这个问题，量子计算研究人员有找到稳定的方法光纤长度长或二手卫星在近乎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。科学家们努力破解他们长期以来追求的目标，即开发一个由互连单元或“中继器”组成的系统，该系统也可以像经典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：一个用于产生并可能纠缠光子，另一个“内存”组件可以根据需要存储和检索这些光子中最重要的量子态，而不会干扰它们。

“将两个关键设备连接在一起是实现量子网络的关键一步，我们非常高兴能够成为第一个能够证明这一点的团队。”说量子光学物理学家和主要作者Sarah Thomas，来自伦敦帝国理工学院（ICL）。

新提出的系统部分在德国制造，并在ICL组装，将一个能够一次发射单个光子的半导体量子点放置在热铷原子云中，用作量子存储器.激光将存储组件“打开”和“关闭”，允许光子的状态根据需要从铷云中存储和释放。

这个特殊系统传输量子记忆的距离尚未经过测试——它只是地下室实验室中的概念验证原型，一个基于甚至没有纠缠的光子的原型。但这一壮举可以为量子互联网奠定坚实的基础，而不是仅仅依靠纠缠的光子。

该团队表示：“这种从原子存储器中按需召回量子点光的首次演示是迈向可扩展量子网络的混合量子光物质接口的第一步在他们发表的论文中写道.

一段时间以来，量子计算领域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。

“这包括我们，之前曾两次尝试过这个实验，使用不同的内存和量子点设备，可以追溯到五年多前，这恰恰表明了它是多么困难。说该研究的合著者Patrick Ledingham是英国南安普顿大学的实验量子物理学家。

部分问题在于，迄今为止使用的发射光子的量子点和原子“记忆”节点被调谐到不同的波长;它们的带宽彼此不兼容。

2020年，一个来自中国的团队尝试了冷却铷原子引诱它们进入与光子相同的纠缠状态，但这些光子必须转换为合适的频率，以便沿着光纤传输它们——这会产生噪声，破坏系统的稳定性。

托马斯及其同事设计的存储系统具有足够宽的带宽，可以与量子点发出的波长连接，并且噪声足够低，以免干扰纠缠光子。

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。为了创建量子网络就绪设备，他们希望尝试延长存储时间，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。

就目前而言，它仍然是一个脆弱的线索，但有一天我们可以看到这项技术或类似的东西在一个微妙而稳定的量子网络网络中覆盖世界。

该研究已发表在科学进展.

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