美國科學家的“光腔”工作有助於打造百萬量子比特的量子計算機網絡
美國科學家開發出一種新型“光腔”，可以有效地從單個原子中收集單個光子（光的基本粒子）。這些原子通過存儲“量子位”（普通計算機的 0 和 1 位的量子版本）充當量子計算機的構建塊。這項工作首次實現了所有量子位同時進行這一過程。斯坦福大學的研究人員描述了包含 40 個單獨原子量子位的 40 個空腔陣列以及具有 500 多個空腔的原型。這些發現表明了一種最終創建百萬量子比特量子計算機網絡的方法。科學家們強調，當兩個或多個反射表面導致光來回反射時，就會產生光學腔，就像一個人走到一組遊樂屋鏡子之間並看到數千個自己的圖像重複出現在遠處時所發生的情況一樣。光學腔要小得多，利用激光束的多次反射與遊樂屋不同，這些光學腔要小得多，並利用激光束的多次反射從原子中獲取額外的視覺信息。研究人員幾十年來一直在對光腔進行實驗，試圖獲得足夠的光來回反射足夠的次數，從而與微小的、幾乎半透明的原子相互作用。 “如果我們想製造一台量子計算機，我們需要能夠非常快速地從量子位中讀取信息，”該研究的資深作者、斯坦福大學人文與科學學院物理學和應用物理學副教授喬恩·西蒙（Jon Simon）說。 “到目前為止，還沒有一種實用的方法可以大規模地做到這一點，因為原子發射光的速度不夠快，而且最重要的是，它們會向各個方向噴出光。光學腔可以有效地將發射的光引導到特定方向，現在我們找到了一種方法，可以將量子計算機中的每個原子配備在其自己的單獨腔內。”新型腔體結構 由西蒙實驗室領導的研究團隊採用了不同的方法，在每個腔體內部使用微透鏡將光更緊密地聚焦在單個原子上。據一份新聞稿稱，這會產生更少的光反射，但在從原子獲取量子信息方面仍然更有效。 “我們開發了一種新型腔結構；它不再只是兩個鏡子，”斯坦福大學科學研究員、該研究的第一作者 Adam Shaw 說。 “我們希望這將使我們能夠構建速度更快的分佈式量子計算機，這些計算機可以以更快的數據速率相互通信。”該研究發表在《自然》雜誌上，介紹了腔陣列顯微鏡，這是一個實驗平台，其中每個單獨的原子通過超過 40 種模式的二維陣列與自己的單獨腔強耦合。研究表明，該方法不需要納米光子元件，而是使用帶有腔內透鏡的自由空間腔幾何形狀，以微米級模式腰和間距實現高於統一的峰值協同性，與典型的原子陣列長度尺度兼容，同時保持原子遠離介電錶面。 “我們實現了同質原子腔耦合，並在毫秒時間尺度上顯示快速、無損、並行讀出，包括通過光纖陣列作為網絡應用的原理證明。展望未來，我們實現了平台的下一代迭代，具有超過 500 個空腔，並且精細度提高了近 10 倍。”研究人員表示。
已发布: 2026-01-28 16:38:00
