量子计算机研究获突破

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数据存储规模不可能比这更小了:德国加尔兴的马克斯 普朗克学会量子光学研究所的研究人员已经可以把量子信息储存在单个原子中。研究人员把单个光子的量子态写入一个铷原子中,存储特定时间后再读取出来。这种技术原则上可以用于设计功能强大的量子计算机,并把远距离的计算机相互联网。



有朝一日,量子计算机可以马上解决现有计算机要花数年时间解决的计算问题。它们可以利用其强大的计算能力同时处理储存在细微实体量子态中的各种信息,例如单个的原子和光子。


研究人员正在设法寻找在光子和物质间交换量子信息的方法。目前这种交换已经可以在数千个原子的整体中进行。该研究所的物理学家现在证明了量子信息也可以在单个原子和光子之间通过可控的方法交换。


参与试验的加尔兴马普研究所的霍尔格 施佩希特说,利用单个原子作为存储单位具有一些优势,包括极端小型化。存储的信息可以通过直接操作原子来处理,这对实施量子计算机中的逻辑运算很重要。


直到最近才有人成功地在光子和单个原子间交换量子信息,这是因为光子和原子之间的反应非常微弱。原子和光子不太能注意到对方,因此只能交换很少的信息。该研究所的研究人员利用一种方法加强了这种反应。他们在一个光学共振器的镜面之间放置了一个铷原子,然后利用非常微弱的激光脉冲向光学共振器中注入单个光子。


这些光子携带着两极分化的量子信息。在与光子的反应中,铷原子通常会受到激发,然后通过随机释放另一个光子而结束激发。但研究人员没有让这种情况发生。相反,他们让铷原子吸收了这个光子,变为一种明确稳定的量子态。这一点是通过铷原子与光子反应时用激光照射铷原子实现的。


这种状态通过反转过程读取出来:用控制激光再次照射铷原子可以令它再次释放光子。在大部分情况下,读出光子中的量子信息与最初存储的信息一致。其精确度超过90%,远远高于用没有建立在量子效果基础上的传统方法所达到的67%的精确度。因此,这种方法是真正的量子存储。



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