跳到主要内容

话题

超快科学

超快科学

三色纠缠可以连接量子位

18 Sep 2009
许多颜色的位

巴西的物理学家通过率先证明可以纠缠三种不同波长的光束,为量子计算工具包增加了另一种功能。这一成就可以提供一种在量子计算机的元件之间创建三向光通信链路的方法。

纠缠是一种量子效应,这意味着诸如光子之类的粒子可以具有比经典物理学所允许的更紧密的关系。例如,可以通过实验创建两个光子,使得如果一个光子在垂直方向上极化,则另一个光子始终在水平方向极化。通过测量一对中的一个的极化,我们可以立即知道另一个的状态,无论它们之间有多远。

量子计算机利用纠缠和量子粒子进入粒子的能力“superposition”同时处于两个或多个状态。这样的设备在某些任务上原则上可以胜过传统计算机。然而,实际上,物理学家们一直在努力创建甚至最简单的量子计算机,因为纠缠的量子比特的脆弱性– or qubits –使它们非常难以传输,存储和处理。

光子是量子位的一种流行选择,因为光子可以通过光纤甚至空气传播很长的距离而不会丢失其纠缠。但是,在量子计算机中“flying qubits” must interact with “stationary qubits”例如被困的离子或量子点–并且在不破坏量子信息的情况下做到这一点非常棘手。

量子硬件

可以想象拥有三种不同的量子硬件,例如,分别具有基于量子点,离子和超导通量的量子比特。立即在所有这些设备之间交换量子信息需要一个光源,该光源可以与每个量子位有效交互,同时产生纠缠的光。

首席研究员之一– 保罗·努森兹维格 圣保罗大学–他解释说,光束可以通过利用不同类型的量子位对不同波长的光做出响应的事实在这种量子计算系统中传递信息。

但是,虽然先前已经实现了两个不同波长的光的纠缠,但将其增加到三个–最终有四个以上–如果要互连几种不同类型的qubit,则必须这样做。

博士生蚂蚁ôNio Coelho和Felippe Barbosa测量了在被称为光学参量振荡器的系统上发射绿色激光时产生的纠缠。当光进入晶体时,其中一些会转换为两个红外波长不同的纠缠光束–一种称为参数下变频的现象。当这些光束在系统内振荡时,一些红外光会“up-converted”回到绿色,导致所有三个波长之间发生纠缠。

震动不良

为了观察三个光束之间的完全纠缠,他们必须冷却下面的系统–10 °C并将泵浦激光器限制在狭窄的功率范围内。即使进行冷却,晶体内部的振动也会导致其折射率发生微小变化,从而阻止研究人员达到他们预计可以实现的最大纠缠水平。那’Nussenzveig告诉我们,这是量子计算的重要考虑因素 physicsworld.com. “信息交换的效率取决于纠缠程度,” he said.

其他从事量子计算和量子光学研究的著名人物也同意在量子位之间进行互连。“研究如何在具有量子计算前景的物理系统之间提供无缝链接非常重要,” commented 林锦儿 来自澳大利亚国立大学。“这项工作是朝着提供‘quantum’ link.”

安东·齐林格 维也纳大学的研究人员将这种系统称为巴西团队展示的连续变量纠缠可以产生的系统“quantum switchboards”。他说,他们制作三色纠缠的工作是“一个非常优雅的实验”.

该研究描述于 科学.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者