剑桥大学 信用:CC0公共领域 研究人员发现了一种利用光和单个电子与量子比特云通信并感知它们行为的方法，使得在密集的云中检测单个量子比特成为可能
来自剑桥大学的研究人员能够在10万个原子核的“干草堆”中注入一根高度脆弱的量子信息“针”
利用激光来控制一个电子，研究人员可以用这个电子来控制干草堆的行为，从而更容易找到针
他们能够以1的精度探测到“针”
百万分之九:高到足以在这个庞大的系综中侦测到一个量子位元
这种技术可以将高度脆弱的量子信息以光学方式发送到核系统进行存储，并以最小的干扰验证其印记，这是基于量子光源的量子互联网发展的重要一步
该结果发表在《自然物理学》杂志上
第一台量子计算机即将问世，它将利用亚原子粒子的奇怪行为，远超最强大的超级计算机
然而，充分利用它们的潜力需要一种网络方式:量子互联网
传输量子信息的光通道是量子互联网的有前途的候选者，目前没有比半导体量子点更好的量子光源了:本质上是人造原子的微小晶体
然而，有一件事阻碍了量子点和量子互联网的发展:在网络的中转站暂时存储量子信息的能力
领导这项研究的剑桥卡文迪什实验室的梅特·阿塔图雷教授说:“解决这个问题的办法是把脆弱的量子信息藏在每个量子点包含的10万个原子核的云中，就像大海捞针一样。”
“但如果我们试图像与比特通信一样与这些原子核通信，它们就会随机‘翻转’，产生一个嘈杂的系统
" 量子点中包含的量子比特云通常不以集体状态运行，这使得从其中获取信息成为一项挑战
然而，阿塔图雷和他的同事在2019年表明，当使用光冷却到超低温时，这些原子核可以一致地进行“量子舞蹈”，从而显著减少系统中的噪声量
现在，他们展示了在原子核中存储和检索量子信息的另一个基本步骤
通过控制100，000个原子核的集体状态，他们能够以1的超高精度以“翻转量子位”的形式检测量子信息的存在
百万分之九:足以看到原子核云中的一点翻转
“从技术上讲，这要求非常高，”同样是圣约翰学院研究员的阿塔图雷说
“我们没有与云‘对话’的方式，而云也没有与我们对话的方式
但是我们可以和一个电子交流:我们可以和它交流，就像一只牧羊狗一样
" 利用激光，研究人员能够与电子通信，然后电子与原子核的自旋或固有角动量通信
通过与电子对话，混乱的自旋系综开始冷却并聚集在引导电子周围；在这个更有序的状态之外，电子可以在原子核中产生自旋波
阿塔图雷说:“如果我们把我们的旋转云想象成一群随机移动的10万只羊，很难看到一只羊突然改变方向。”
“但是，如果整个羊群像一个明确的波浪一样移动，那么一只羊改变方向就会变得非常明显
" 换句话说，向系综中注入由单个核自旋翻转形成的自旋波，可以更容易地探测到10万个核自旋中的单个核自旋翻转
使用这种技术，研究人员能够向量子位发送信息，并在最小干扰的情况下“倾听”自旋在说什么，直到量子力学设定的基本极限
第一作者之一、博士丹尼尔·杰克逊说:“在利用了对这一大群原子核的控制和传感能力之后，我们的下一步将是演示从原子核自旋寄存器中存储和检索任意量子位。”
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卡文迪许实验室的学生
“这一步将完成与光相连的量子存储器——实现量子互联网道路上的一个主要构件，”第一作者之一、圣约翰学院研究员多里安·甘洛夫说
除了对未来量子互联网的潜在用途之外，这项技术还可以用于固态量子计算的发展
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