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量子記憶存儲(chǔ)與檢索時(shí)間創(chuàng)新紀(jì)錄

時(shí)間：2008-12-12 07:52:07

關(guān)鍵字：量子信號(hào) 相位中繼器

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

本報(bào)訊(記者劉霞)物理學(xué)家將量子信息存儲(chǔ)到非常冰冷的原子纏結(jié)中，并大幅提高了從中檢索的時(shí)間。雖然提高的時(shí)間只有短短幾毫秒，但在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中，該時(shí)間足夠?qū)?shù)據(jù)從一個(gè)量子中繼器傳輸?shù)搅硪粋€(gè)，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(gè)新的紀(jì)錄———銣原子存儲(chǔ)到偶極光學(xué)陷阱的時(shí)間為7毫秒，而以前的存儲(chǔ)時(shí)間紀(jì)錄是32微秒。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的亞歷克斯•庫(kù)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(zhǎng)距離的量子網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了更長(zhǎng)的存儲(chǔ)時(shí)間。對(duì)于具有許多存儲(chǔ)元件的多重體系來講，幾毫秒將允許光的運(yùn)動(dòng)穿過一千公里?！睌U(kuò)充存儲(chǔ)時(shí)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(gè)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(gè)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(huì)失去一部分，所以必須等距離地安裝中繼器來提高信號(hào)，通常是100公里一個(gè)。這些中繼器需要量子記憶來接收光子信號(hào)并簡(jiǎn)單存儲(chǔ)，接著產(chǎn)生一個(gè)光子信號(hào)，攜帶信息到下一個(gè)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(gè)銣87原子系綜，并將其冷凍到絕對(duì)零度以使原子的活動(dòng)最小。為了存儲(chǔ)信息，該原子系綜被暴露于攜帶信號(hào)的激光之下，允許每一個(gè)原子作為“集體激發(fā)”的一部分參與存儲(chǔ)。

　　簡(jiǎn)單來說，每一個(gè)原子“看見”了前來的信號(hào)———一個(gè)快速擺動(dòng)的電磁場(chǎng)，就會(huì)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(dòng)。因?yàn)槊恳粋€(gè)原子存儲(chǔ)量子信息的一部分，且數(shù)據(jù)的有用性依賴每個(gè)原子參照其他原子的位置，原子大量的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)破壞信息。

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

　　第一種方法是使用一個(gè)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(huì)被緊緊地捆綁在一個(gè)地方，因?yàn)橄稻C原子受磁性等環(huán)境條件影響。第二個(gè)策略是使用已被推到對(duì)磁場(chǎng)不那么敏感的“時(shí)鐘轉(zhuǎn)移狀態(tài)”的原子。

　　庫(kù)茲米奇稱，盡管這個(gè)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(shí)間。

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