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科技日報記者 張夢然
奧地利科學(xué)技術(shù)研究所、維也納科技大學(xué)和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員在最新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表論文稱，他們首次將低能微波與高能光學(xué)光子糾纏在一起。兩個光子的這種糾纏量子態(tài)是通過室溫鏈路連接超導(dǎo)量子計算機的基礎(chǔ)，這對擴展現(xiàn)有的量子硬件、實現(xiàn)與其他量子計算平臺的互連，以及新型量子增強遙感應(yīng)用都具有重大影響。
實驗裝置的藝術(shù)渲染圖，光束光學(xué)光子（紅色）進入和離開電光晶體并在其圓形部分內(nèi)諧振，以及產(chǎn)生的微波光子（藍色）離開裝置。圖片來源：《科學(xué)》網(wǎng)
單個微波光子其實是處理器內(nèi)超導(dǎo)量子比特之間的信息載體，不適合在處理器之間的室溫環(huán)境發(fā)送。因為熱量會對糾纏等量子特性產(chǎn)生破壞，使量子比特不能計算。鑒于此，為了保持功能，量子計算機必須將量子比特與環(huán)境隔離，在真空中將其冷卻到極低的溫度。
對于超導(dǎo)量子比特來說，它們要與微小電流一起工作，這些電流以每秒大約一百億次的頻率在電路中來回移動。它們使用微波光子（光粒子）相互作用。但問題在于，即使是少量的熱量，也很容易干擾單個微波光子及其量子特性。
研究人員使用了一種特殊的電光設(shè)備：一種由非線性晶體制成的光學(xué)諧振器，它會在存在電場的情況下改變其光學(xué)特性。超導(dǎo)腔容納這種晶體并增強這種相互作用。
他們使用激光在幾分之一微秒內(nèi)將數(shù)十億個光學(xué)光子發(fā)送到電光晶體中。通過這種方式，一個光學(xué)光子分裂成一對新的糾纏光子：一個光學(xué)光子的能量僅比原始光子少一點，而一個微波光子的能量低得多。研究人員成功建造了一個體積更大的超導(dǎo)裝置，不僅能避免對超導(dǎo)性的破壞，還有助于更有效地冷卻設(shè)備并在光學(xué)激光脈沖的短時間內(nèi)保持低溫。
研究人員表示，此次突破在于離開設(shè)備的兩個光子——光學(xué)光子和微波光子相互糾纏在了一起。他們通過測量兩個光子電磁場的量子漲落之間的相關(guān)性，對新研究加以證實，這種相關(guān)性比經(jīng)典物理學(xué)所能解釋的還要強。
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