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科技日報記者 張夢然

奧地利科學技術研究所、維也納科技大學和德國慕尼黑工業大學的研究人員在最新一期《科學》雜志發表論文稱，他們首次將低能微波與高能光學光子糾纏在一起。兩個光子的這種糾纏量子態是通過室溫鏈路連接超導量子計算機的基礎，這對擴展現有的量子硬件、實現與其他量子計算平臺的互連，以及新型量子增強遙感應用都具有重大影響。

實驗裝置的藝術渲染圖，光束光學光子（紅色）進入和離開電光晶體并在其圓形部分內諧振，以及產生的微波光子（藍色）離開裝置。圖片來源：《科學》網

單個微波光子其實是處理器內超導量子比特之間的信息載體，不適合在處理器之間的室溫環境發送。因為熱量會對糾纏等量子特性產生破壞，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境隔離，在真空中將其冷卻到極低的溫度。

對于超導量子比特來說，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備：一種由非線性晶體制成的光學諧振器，它會在存在電場的情況下改變其光學特性。超導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將數十億個光學光子發送到電光晶體中。通過這種方式，一個光學光子分裂成一對新的糾纏光子：一個光學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裝置，不僅能避免對超導性的破壞，還有助于更有效地冷卻設備并在光學激光脈沖的短時間內保持低溫。

研究人員表示，此次突破在于離開設備的兩個光子——光學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性，對新研究加以證實，這種相關性比經典物理學所能解釋的還要強。

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