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深度解读

激光回路在一定距离上耦合量子系统

星之球科技 来源:科技报告与资讯2020-05-08 我要评论(0 )   

研究人员首次成功地在很长的距离上建立了量子系统之间的强耦合。他们通过一种新颖的方法实现了这一目标,在该方法中,激光回路连接了系统,从而实现了几乎无损的信息交...

研究人员首次成功地在很长的距离上建立了量子系统之间的强耦合。他们通过一种新颖的方法实现了这一目标,在该方法中,激光回路连接了系统,从而实现了几乎无损的信息交换以及它们之间的强大相互作用。巴塞尔大学和汉诺威大学的物理学家在《Science》杂志上报告说,这种新方法为量子网络和量子传感器技术开辟了新的可能性。

量子技术是目前世界上最活跃的研究领域之一。它利用原子,光或纳米结构的量子力学状态的特殊性质来开发例如用于医学和导航的新型传感器、用于信息处理的网络以及用于材料科学的强大模拟器。产生这些量子态通常需要所涉及的系统之间的强大相互作用,例如几个原子或纳米结构之间的相互作用。


但是,到目前为止,足够强的交互作用仅限于短距离。通常,两个系统必须在低温下或在同一真空室中彼此靠近放置在同一芯片上,在这两个系统中它们通过静电力或静磁力相互作用。但是,对于许多应用(例如量子网络或某些类型的传感器),需要将它们跨较大的距离进行耦合。


由巴塞尔大学物理系的Philipp Treutlein教授领导的一组物理学家,首次在室温环境下成功地在两个距离较远的系统之间建立了强耦合。在他们的实验中,研究人员使用激光将100纳米薄膜的振动与原子自旋的运动耦合在一米的距离上。结果,膜的每次振动都会使原子自旋,而反之亦然。


实验基于研究人员与汉诺威大学的理论物理学家Klemens Hammerer教授共同开发的概念。它涉及在系统之间来回发送激光束。“光的行为就像是在原子和膜之间伸展的机械弹簧,并在两者之间传递力。” Thomas Karg博士解释说,他在巴塞尔大学的博士论文中进行了该实验。在此激光回路中,可以控制光的属性,使有关这两个系统的运动信息不会丢失到环境中,从而确保不干扰量子力学相互作用。


现在,研究人员首次成功实现了这一概念,并将其用于一系列实验中。Treutlein解释说:“ 量子系统与光的耦合非常灵活且用途广泛。我们可以控制系统之间的激光束,这使我们能够生成对量子传感器有用的不同类型的相互作用。”


除了将原子与纳米机械膜耦合之外,新方法还可以用于其他几种系统中。例如,当耦合用于量子计算研究中的超导量子位或固态自旋系统时。光介导耦合的新技术可用于互连此类系统,从而创建用于信息处理和模拟的量子网络。Treutlein坚信:“对于我们的量子技术工具箱,这是一种新的、非常有用的工具。”

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