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首次实现:用声音纠缠两个量子比特!

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芝加哥大学分子工程研究所的科学家在量子技术的探索上取得了两项突破。在一项研究中,他们首先使用声音缠绕两个量子比特;在另一项研究中,他们建立了迄今为止两个质量最高的量子比特之间的远距离连接。这项研究使我们更接近使用量子技术来制造更强大的计算机、超敏感的传感器和安全传输。这项研究的共同作者IME和芝加哥大学阿贡国家实验室的分子工程教授安德鲁克莱恩说,这两种技术都是量子通信的革命性进步!

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作为超导量子技术发展的领军人物,研究小组建造了第一台“量子机”,用以演示机械谐振器中的量子性能。其中一个实验证明了我们现在能够达到的精度和准确性,另一个实验证明了这些量子比特的一种基本的新能力。科学家和工程师已经看到了量子技术的巨大潜力。量子技术利用天然粒子的特殊性质来操纵和传输信息。例如,在某些条件下,两个粒子可以“纠缠”。即使他们没有身体上的联系,他们的命运也是相连的。包裹的粒子可以让你做各种很酷的事情,比如立即将信息传送到太空或者建立一个牢不可破的网络。

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分子工程研究所的研究人员致力于超导量子技术。照片:黄南希

但这项技术还有很长的路要走。准确地说,一个巨大的挑战是通过电缆或光纤发送量子信息,不管距离有多远。

在《自然物理》发表的一项研究中,Cleland实验室利用超导量子比特构建了一个可以沿着近一米长的轨道交换量子信息的系统,具有极高的可信度。度已经证明该系统的性能要高得多。 Choulan的研究生,论文的第一作者,钟有鹏说:这种耦合是如此强大,以至于当一个光子反弹,发射并捕获它们时,我们可以证明一种称为“量子乒乓”的量子现象。

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博士后研究员Audrey Bienfait(左)和研究生Youpeng Zhong在芝加哥大学分子工程研究所Andrew Cleland教授的实验室工作。图片(下图):Nancy Wong

科学家的一项突破是制造合适的设备来发送信号。关键是要将脉冲正确地塑造成弧形,就像以正?返乃俣然郝蚩凸乇辗乓谎U庵帧敖诹鳌绷孔有畔⒌姆椒ㄓ兄谒腔竦谜庋那逦畔ⅲ聪低晨梢酝ü莆氨炊馐浴钡牧孔泳啦鸨曜祭床饬俊U馐浅剂孔颖忍氐牡谝桓鲇τ茫捎糜诠菇孔蛹扑慊土孔油ㄐ拧A硪幌钛芯糠⒈碓凇犊蒲А罚?蒲В┥希故玖艘恢掷蒙艟啦礁龀剂孔颖忍氐姆椒ā?蒲Ъ液凸こ淌υ谕平孔蛹际醴矫婷媪俚奶粽街皇侨绾谓孔有藕糯右恢纸橹首晃硪恢纸橹省?

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例如,微波光非常适合在芯片内携带量子信号,但它不能通过空气中的微波传输量子信息,并且信号被淹没。该团队构建了一个系统,将量子比特的量子语言转换为声波,然后使用另一端的接收器使其反向通过芯片。该研究的主要作者和博士后研究员奥黛丽比弗法特说:这需要一些创造性的工程技术。微波和声学不是朋友,所以我们必须以两种不同的方式。在材料上,然后将它们堆叠在一起。但现在我们已经证明这是可能的,它为量子传感器开辟了一些有趣的新可能性。

Brocade Park |研究/来自:芝加哥大学

参考期刊《Science》,《Nature Physics》

DOI: 10.1038/s41567-019-0507-7

DOI: 10.1126/science.aaw8415

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