35倍成功率 首個可編程光學量子存儲器問世
【化工儀器網 項目成果】2022屆諾貝爾物理學獎“花落”量子力學，諾貝爾物理學獎頒發給在量子糾纏實驗方面具有重要貢獻的3名科學家。量子糾纏長期是量子力學中最具爭議的問題之一。量子糾纏是一種奇怪的量子力學現象，處于糾纏態的兩個量子不論相距多遠都存在一種關聯，其中一個量子狀態發生改變，另一個的狀態會瞬時發生相應改變。
愛因斯坦稱這一糾纏現象為“遠距離的幽靈行動”，它是量子物理學的一個基本組成部分。包含多個量子粒子的糾纏系統在實施量子算法方面有很大的好處，這些算法有可能被用于通信、數據安全或量子計算。量子信息研究興起以來，實現多粒子量子糾纏一直是量子物理實驗研究的追求之一。
然而在以往，試圖糾纏兩個以上的粒子只會導致非常低效的糾纏產生。在某些情況下，如果研究人員想要將兩個粒子與其他粒子聯系起來，則需要漫長的等待，因為促進這種糾纏的互連僅以有限的概率起作用。這意味著一旦下一個合適的粒子到達，光子就不再是實驗的一部分，因為存儲量子比特狀態代表了一項重大的實驗挑戰。
獲得多光子糾纏的傳統方法需要大量的光子源。每個源同時產生一個糾纏光子對，這些光子隨后相互干涉。該過程是概率性的，因為每一步僅成功產生對糾纏，例如每20次嘗試一次。隨著越來越多的光子被嘗試糾纏，這種可能性會呈指數級下降。
日前，德國帕德博恩大學、烏爾姆大學的研究人員合作，開發了第一個可編程的光學緩沖量子存儲器，可在不同的模式——存儲模式、干涉模式和最終釋放模式之間動態地來回切換。在實驗裝置中，一個小的量子態可以被存儲，直到產生另一個狀態，然后兩者可以糾纏在一起。這使得一個大的、糾纏的量子態能夠逐個粒子地“成長”。
通過這個可編程光學量子存儲器，研究團隊已經制造了四光子和六光子糾纏態，使其比以前的任何實驗都更有效率，成功率分別是傳統方法的9倍和35倍。相比之下，由德國研究人員進行的有史以來最大的光子對糾纏由14個單獨的粒子組成；然而，創造這種狀態所花費的時間要多得多。
可編程光學量子存儲器允許逐漸建立起越來越大的糾纏態，這比以前的任何方法都更可靠、更快、更有效。新的量子儲存器代表著一個新的里程碑，使離有用的量子技術的大型糾纏態的實際應用越來越近了。并且新方法可與所有常見的光子對源相結合，這意味著利用該方法，其他領域科學家也能夠獲得幫助。
目前，研究成果以《通過主動前饋和多路復用產生可擴展的多光子糾纏態》為題，作為“編輯推薦”發表在《物理評論快報》期刊上。
(資料來源：科技日報)
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