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20厘米量子奇迹意味着什么?新型路由器或将构筑量子网络大厦基石

 汉上踏歌 2017-11-19

20厘米量子奇迹意味着什么?新型路由器或将构筑量子网络大厦基石

导语:如今,路由器已经走进千家万户,成为互联网不可或缺的一部分。而在未来,量子网络世界的基石也将由一个个能接收、存储并传输量子信息的路由器搭建起来。制作这种未来路由器的不二法门就是所谓量子纠缠技术----正好,维也纳大学( University of Vienna)的科学家们似乎掌握了这一技术。

量子存储的全新解决方案

20厘米量子奇迹意味着什么?新型路由器或将构筑量子网络大厦基石

图|光纤与量子路由器将构成未来量子互联网的基石

长期以来,一个棘手的难题始终横亘在量子通信科学家们面前,那就是如何延长量子纠缠态的存在时间。要知道,量子信息正是储存在这些纠缠起来的粒子之中的,所以纠缠持续的时间长短显著影响着信息的最大传输距离。之前,量子通信系统都简单粗暴的使用普通光纤来传输量子数据,但这种方式有很大局限性,因为光纤吸收光线的方式会破坏量子那脆弱的纠缠态。

要构建一个量子互联网,实质上就是构建一个能够存储量子信息的路由器网络,并将它们用光纤链接起来。这首先就要求我们发明一种可以存储和发送纠缠态粒子的路由器。如今,由Ralf Riedinger领导的维也纳大学研究团队成功组建了一个这样的超级路由器。

这种路由器应用了纳米技术,能通过普通光缆接收并传送量子信息。其核心是一对使用电子束和等离子体反应离子刻蚀技术制作的的硅基纳米谐振器,它们体型小巧,振动起来就如同吉他弦一样。

为了使路由器能存储量子信息,那一对硅梁需要以精确的频率振动。这并不简单,但功夫不负有心人,Riedinger的团队在制造了大约500个硅谐振器,并一一测试每个芯片之后,最终找到了那梦寐以求的频率:5.1千兆赫(也就是约1,553.8纳米波长)。在研究者们发表在网上的论文中,我们可以看到这样的描述:“我们发现,在每个芯片测试的234个器件中,只有5对芯片满足这一要求。“测试期间,两个芯片都被置于冷藏室中,彼此相隔20厘米,它们之间则通过长达70米的光缆相连。实验开始后,两个谐振器成功的纠缠在一起。“我们成功演示了两个相隔20厘米的纳米机械装置是如何通过芯片产生量子纠缠的。”

20厘米量子奇迹意味着什么?新型路由器或将构筑量子网络大厦基石

图|这种纳米机械的内部运行原理

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