焦點(diǎn)速看：MPQ團(tuán)隊利用單個銣原子產(chǎn)生了數(shù)量破紀(jì)錄的量子糾纏光子簇

一個銣原子被困在一個由兩個高反射鏡組成的光學(xué)諧振器中（渲染圖，來自：MPQ）

受量子糾纏現(xiàn)象的啟發(fā)，近年來已有大量團(tuán)隊投入新興商業(yè)技術(shù)的開發(fā)。

真空狀態(tài)下的光學(xué)諧振器，單個銣原子被困于支架內(nèi)的錐形鏡之間。

(資料圖片)

以量子計算器為例，其中糾纏的例子，就可用于存儲和存儲信息的量子比特。

研究配圖 1 - 實驗設(shè)置 / 協(xié)議概述

為實現(xiàn)最佳效果，量子計算機(jī)需要用到能夠產(chǎn)生大量粒子、并將之糾纏到一起的裝置，但這顯然并非易事。

研究配圖 2 - GHz 狀態(tài)

好消息是，MPQ 研究人員找到了一種更可靠的量子糾纏方法，并成功地將 14 個光子糾纏到了一起 —— 這也是迄今為止規(guī)模最喜人的“光子簇”。

研究配圖 3 - 集簇狀態(tài)

具體說來是，研究團(tuán)隊從單獨(dú)的銣原子開始上手，將它困在一個以特定模式反射電磁波的光學(xué)腔中。當(dāng)被特定頻率的激光擊中時，原子就被賦予了準(zhǔn)備就緒的給定特定。

研究配圖 4 - 測得 N 光子重合率

接著研究人員向它發(fā)射另一調(diào)制脈沖，以使原子發(fā)射一個與它糾纏的光子。通過重復(fù)該過程，原子便可在每個光子發(fā)射之間旋轉(zhuǎn)，直到產(chǎn)生一整條相互糾纏的“光子鏈”。

擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 1 - 詳細(xì)的實驗序列

更棒的是，該過程較現(xiàn)有技術(shù)的效率更加出眾 —— 產(chǎn)生光子的時間占比超過 43%，近乎每兩次光脈沖就能產(chǎn)生一個光子。

擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 2 - 奇偶性振蕩

盡管對于長期關(guān)注量子紀(jì)錄的朋友們來說，14 個糾纏量子可能聽起來不算多 —— 畢竟此前科學(xué)家已設(shè)法通過氣體實驗、實現(xiàn)了數(shù)萬億個原子的糾纏 —— 但此類系統(tǒng)并不適用于量子計算機(jī)或量子通信。

擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 3 - 發(fā)射器的相干特性

相比之下，通過常規(guī)技術(shù)手段產(chǎn)生的光子，其量子應(yīng)用也要簡單得多。更何況這項新技術(shù)頗具效率優(yōu)勢，意味著后續(xù)能夠輕松擴(kuò)展光子的產(chǎn)量。下一步，MPQ 團(tuán)隊計劃開展至少利用兩個原子的新實驗。

擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 4 - vSTIRAP 過程引發(fā)的失真

最后，有關(guān)這項研究的詳情，已發(fā)表于近日出版的《Nature》期刊上，原標(biāo)題為《Efficient generation of entangled multiphoton graph states from a single atom》。