微型量子存儲(chǔ)元件的量產(chǎn)之路

大小只有幾毫米的玻璃室中充滿了銣原子。

像傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一樣，未來的量子網(wǎng)絡(luò)也需要存儲(chǔ)元件。瑞士巴塞爾大學(xué)研究人員在一個(gè)微小的玻璃室中建立了一個(gè)基于原子的量子存儲(chǔ)元件。未來，這樣的量子存儲(chǔ)器可在晶圓上大規(guī)模生產(chǎn)，有望為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化鋪路。研究成果刊發(fā)于最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》。

光子特別適合傳輸量子信息。光子可用于通過光纜向衛(wèi)星或量子存儲(chǔ)元件發(fā)送量子信息。但光子的量子力學(xué)狀態(tài)必須是盡可能精確地存儲(chǔ)，并經(jīng)過一定時(shí)間后再轉(zhuǎn)換回光子。

兩年前，巴塞爾大學(xué)研究人員證明，使用玻璃室中的銣原子可很好地完成工作。但該玻璃室是手工制作的，有幾厘米大小。要適合日常使用，玻璃室須做得更小，并且適合量產(chǎn)。

研究人員探索出一些新方法，以獲得只有幾毫米大小的玻璃室。為了擁有足夠數(shù)量的銣原子進(jìn)行量子存儲(chǔ)，他們將玻璃室加熱到100℃以增加蒸氣壓。

他們還將原子暴露在1特斯拉的磁場中（比地球磁場強(qiáng)10000倍以上）。這改變了原子能級(jí)，從而促進(jìn)了使用額外激光束對(duì)光子的量子存儲(chǔ)。這種方法允許研究人員將光子存儲(chǔ)約100納秒，自由光子在這段時(shí)間里能傳播30米。

通過這種方式，研究人員首次為光子構(gòu)建了一個(gè)微型量子存儲(chǔ)器，可在單個(gè)晶圓上并行生產(chǎn)約1000個(gè)副本。

研究人員希望不久的將來能在微型玻璃室中存儲(chǔ)單個(gè)光子。此外，玻璃室仍然需要優(yōu)化，以便在保持其量子態(tài)的同時(shí)盡可能長時(shí)間地存儲(chǔ)光子。

信息存儲(chǔ)是現(xiàn)代信息技術(shù)的一個(gè)核心環(huán)節(jié)。隨著人類歷史的發(fā)展，信息存儲(chǔ)的介質(zhì)也在不斷變化?，F(xiàn)在已經(jīng)很難想象生活中如果沒有互聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)網(wǎng)絡(luò)會(huì)怎樣。未來，網(wǎng)絡(luò)或?qū)⑹褂昧孔蛹夹g(shù)，這些技術(shù)將使用量子密碼學(xué)實(shí)現(xiàn)信息的防竊聽傳輸，并使量子計(jì)算機(jī)互聯(lián)成為可能。但即使是量子網(wǎng)絡(luò)，也需要信息存儲(chǔ)元件。此次科學(xué)家們就開發(fā)出這樣一種存儲(chǔ)元件，并因其可量產(chǎn)的特性，開創(chuàng)了業(yè)內(nèi)先河。

作者張夢(mèng)然