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据物理学家组织网22日报道,瑞士日内瓦大学研究人员将一个量子比特存储在一个晶体内,持续时间长达20毫秒,创下新世界纪录,为开发出长距离量子通信网络奠定了重要基础。

量子通讯和量子加密技术已经成为提高通信安全的重要基石。当信息(量子比特,量子计算和量子信息的基本单元)通过光纤中的一个光子在两个对话者之间传输时,量子理论可以确保量子比特的真实性和保密性。但建立远程量子通信系统存在一个主要障碍:传输几百公里后,光子会丢失,信号也因此消失,为此,基于量子存储器的“中继器”由此而生,为使中继器能更好地发挥作用,需要让储存量子信息的时间持续长一点。

2015年,日内瓦大学米凯尔·阿夫泽利乌斯领导的团队成功将由一个光子携带的量子比特在晶体(存储器)内储存0.5毫秒。在此过程中,光子在消失之前可将其量子态转移到晶体的原子上,但这一持续时长不足以构建更大的存储网络,而后者是研发远程量子通信的先决条件。

最新研究中,在欧洲量子旗舰计划框架内,米凯尔·阿夫泽利乌斯团队成功将一个量子比特存储了20毫秒。为此,他们使用了掺有铕的晶体,这种晶体能够先吸收光再发光。

团队称:“我们在晶体上施加了千分之一特斯拉的小磁场,并使用了动态解耦方法,包括向晶体发送强烈的射频,旨在让稀土离子脱离环境扰动,并将存储性能提高近40倍。”

阿夫泽利乌斯表示:“这是基于固态系统(晶体)的量子存储器的世界纪录,在保真度略有损失的情况下,我们甚至可让时长达到100毫秒,这是远程量子通信网络领域的重大进展。”

尽管如此,他们仍有不少问题需要解决,比如进一步延长存储时间,在确保不失真的情况下,让存储持续时长超过100毫秒。此外,他们还必须设计出一次能存储超过一个光子(使光子发生“纠缠”)的新型存储器,“我们的目标是开发出一个在所有这些方面都表现良好的系统,并于十年内推向市场。” (记者刘霞)

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