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光子高速量子存储器

发布:opticsphotonics    |    2017-09-12 15:59    阅读:236
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量子网络的示意图:单个光子在网络节点之间传输量子信息,它们被存储在原子气体中。由巴塞尔大学物理系供图

来自巴塞尔大学的物理学家开发了可以存储光子的量子存储器。这些量子粒子以光速行进,因此适用于高速数据传输。研究人员能够将它们存储在原子蒸汽中,然后再次读出,而不会过多地改变其量子力学性能。这种存储器技术简单快捷,可以在未来的量子互联网中找到应用。“Physical Review Letters”杂志发表了该结果。

即使在今天,电信网络中的快速数据传输也采用短的光脉冲。超宽带技术使用光纤链路,来实现信息的光速传输。在接收端,发送的信息必须进行无误码的快速存储,才能在计算机上实现进一步的电子处理。为了避免传输错误,每一位信息都需要以相对强的光脉冲编码,每个光脉冲包含至少几百个光子。

几年来,全世界的研究人员一直在努力使用单个光子来运行这样的网络。每个光子的每一位编码不仅非常有效,而且还允许基于量子物理学定律的新形式信息处理。这些定律不仅允许对单个光子进行经典的0或1状态编码,而且还可以同时编码两个状态的叠加。这些量子位是量子信息处理的基础,可以使得无条件安全通信和超快速量子计算机在将来成为可能。量子存储器存储和检索单个光子的能力是这些技术的关键要素,这是值得深入研究的。

由巴塞尔大学的Philipp Treutlein教授和Richard Warburton教授领导的物理学家团队现在开发出一种特别简单快速的量子存储器,将光子存储在铷原子的气体中。激光器控制存储和检索过程,该使用的技术不需要冷却装置或复杂的真空设备,并且可以应用在高度紧凑的装置中。研究人员还能够验证该存储器具有非常低的噪声水平,并且适用于单个光子。

该文章的第一作者Janik Wolters说:“装置简单、带宽高和噪声水平低的组合对于未来在量子网络中的应用是非常有前途的。”这种量子网络的发展是瑞士国家量子科学与技术研究中心(NCCR QSIT)及欧盟研究和创新框架资助的目标。未来量子网络可以实现无条件的安全通信、不同量子计算机的联网及复杂物理、化学和生物系统的模拟。

来源: https://m.phys.org/news/2017-09-high-speed-quantum-memory-photons.html

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