作者罗伯特·帕金斯，加州理工学院 法拉恩实验室创造的纳米光腔
学分:法拉恩实验室/加州理工学院 加州理工学院的工程师已经表明，光腔中的原子——光的小盒子——可能是创建量子互联网的基础
他们的工作发表在3月30日的《自然》杂志上
量子网络将通过一个系统连接量子计算机，该系统也在量子而不是经典水平上运行
理论上，通过利用量子力学的特殊性质，包括叠加，量子计算机有一天将能够比经典计算机更快地执行某些功能，叠加允许量子比特同时以1和0的形式存储信息
就像经典计算机一样，工程师们希望能够连接多台量子计算机来共享数据和协同工作，从而创建一个“量子互联网”
“这将打开多种应用的大门，包括解决单个量子计算机无法处理的巨大计算，以及使用量子密码建立牢不可破的安全通信
为了工作，量子网络需要能够在两点之间传输信息，而不改变被传输信息的量子属性
目前的一个模型是这样工作的:单个原子或离子充当量子位(或“量子位”)，通过其量子属性(如自旋)存储信息
为了读取这些信息并将其传输到其他地方，原子被一个光脉冲激发，导致它发射一个光子，该光子的自旋与原子的自旋纠缠在一起
光子然后可以通过光缆将与原子纠缠在一起的信息远距离传输出去
然而，这比听起来难
寻找你可以控制和测量的原子，并且这些原子对引起误差或退相干的磁场或电场波动不太敏感，这是一个挑战
“与光相互作用良好的固态发射器经常成为退相干的牺牲品；也就是说，从量子工程的角度来看，他们不再以有用的方式存储信息
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19)，自然论文的主要作者
与此同时，稀土元素的原子——具有使这些元素作为量子位有用的特性——往往与光的相互作用很差
为了克服这一挑战，由加州理工学院的应用物理和电子工程教授安德烈·法朗领导的研究人员构建了一个纳米光腔，这是一个由一块晶体雕刻而成的约10微米长的带有周期性纳米图案的光束
然后他们在光束中心发现了一种稀土镱离子
光学腔允许它们多次沿着光束来回反射光，直到最终被离子吸收
在《自然》杂志的论文中，研究小组表明，空腔改变了离子的环境，使得每当它发射光子时，超过99%的时间光子都留在空腔中，科学家可以有效地收集和检测光子，以测量离子的状态。
这导致离子发射光子的速率增加，从而提高系统的整体效率
此外，镱离子能够在自旋中存储信息30毫秒
在这段时间里，光可以传输信息穿越美国大陆
“这检查了大多数箱子
“这是一种稀土离子，它以我们创建量子网络所需的方式吸收和发射光子，”应用物理和电子工程教授法朗说
“这可能构成量子互联网的主干技术
" 目前，该团队的重点是创建量子网络的构建模块
法朗说，接下来，他们希望扩大实验规模，实际上连接两个量子比特
他们的论文题为“纳米光腔中离子的控制和单次读出”
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