瑞士科学家开发出存储单光子的新型量子存储器！

导读

最近，瑞士巴塞尔大学开发了一种可以存储光子的存储设备。这些量子粒子以光速传输，特别适合高速数据传输。这种存储技术简单快速，有望应用于未来的量子网络。

关键字

量子、存储、光学

背景

如今，大多数通信网络中的高速数据传输采用的仍然是光的短脉冲。超宽带技术使用的是光纤链路，信息能够以光速通过光纤链路传输。在接收器端，传输的信息必须快速无误地存储，这样就可以在计算机上进一步处理。为了避免传输错误，每一比特的信息都被编码在相对较强的光脉冲中，每个脉冲至少包含几百个光子。

最近这些年，全球的研究人员一直致力于通过单光子操作这类网络。每个光子编码一个比特不仅非常高效，而且也带来了一种基于量子物理定律的全新信息处理方式。这些定律让单个光子不仅可以编码经典比特位的状态：0和1，还可以编码这两个状态同时的叠加。

笔者曾在《声子计算机：计算机技术未来发展的新希望！》一文中对于这种状态进行过介绍，它也被称为“叠加态”。对此，量子力学的创始人之一、奥地利物理学家薛定谔，有一个很好的比喻：

箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但如果在量子世界中，它同时处于生和死两种状态的叠加。

另外，多个量子位会“纠缠”形成一个不可分割的整体，也就是说，你操纵了存储于一个量子位中的信息，相当于操纵了存储于所有“纠缠”量子位中的信息。

量子计算机正是利用了量子纠缠和叠加原理，其计算能力随着可操纵的量子位（N）个数的增加，呈指数式（2的N次方）方式增长，这种超高速的并行计算，可以解决过去经典计算机所无法解决的大规模计算问题。

量子比特是量子信息处理的基础，未来它将带来无条件的安全通信和超高速的量子计算机。这种从量子存储器中存储和检索单个光子的能力是这些技术的关键因素，研究人员正在深入研究它们。

创新

（图片来源：巴塞尔大学物理系）

最近，瑞士巴塞尔大学开发了一种可以存储光子的存储设备。这些量子粒子以光速传输，特别适合高速数据传输。研究人员将它们存储在原子蒸气中，然后再将它们读出，而且不会太多地改变其量子机械特性。这种存储技术简单快速，有望应用于未来的量子网络。开发这种量子网络是瑞士国家量子科学技术中心（NCCR QSIT）与这项研究的赞助者欧盟研究与创新框架计划的目标之一。

相关研究成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）期刊。

技术

（图片来源：参考资料【2】）

巴塞尔大学的教授 Philipp Treutlein 和 Richard Warburto 领导的物理学家团队开发出一种特别简单快速的量子存储器，它可在铷原子气体中存储光子。他们使用激光器控制存储和检索过程。这项技术不需要冷却设备或者复杂的真空设备，能够以一种高度紧凑方式实现。研究人员也能证明存储器具有非常低的噪音水平，而且适用于单个光子。

价值

论文的第一作者 Janik Wolters 表示：

“简单的装备、高带宽、低噪音这些非常有利于未来量子网络领域的应用。”

未来，量子网络将带来无条件地安全通信、不同量子计算机组成的网络、和复杂的物理、化学、生物系统的仿真。

参考资料

【1】https://www./en/News-Events/News/Uni-Research/High-speed-Quantum-Memory-for-Photons.html

【2】Janik Wolters, Gianni Buser, Andrew Horsley, Lucas Béguin, Andreas Jöckel, Jan-Philipp Jahn, Richard J. Warburton, Philipp Treutlein. Simple Atomic Quantum Memory Suitable for Semiconductor Quantum Dot Single Photons. Physical Review Letters, 2017; 119 (6) DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.060502

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