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一种捕获光粒子的新理论旨在推动量子计算机的发展

发布时间:2019-06-25 10:47:24 来源:

使用光粒子(光子)代替电子来传输和处理数据的量子计算机有望实现一个新的研究时代,其中实现救生药物和新技术所需的时间将大大缩短。光子是量子计算的有希望的候选者,因为它们可以在不丢失信息的情况下长距离传播,但是当它们存储在物质中时,它们变得脆弱并且容易发生退相干。现在,位于纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心(ASRC)的光子学计划的研究人员开发了一种新的协议,用于在嵌入的本征态中存储和释放单个光子 - 这种量子态几乎不受损失和退相干的影响。 。这一新颖的协议,详见当前的Optica杂志,旨在推动量子计算机的发展。

“目标是通过同时确保数据的稳定性来按需存储和发布单光子,”ASRC光子学倡议的创始主任和研究生中心的爱因斯坦物理学教授AndreaAlù说。“我们的工作证明,可以将一个光子限制并保留在一个开放的空腔中,并让它保持在那里,直到另一个光子继续传播为止。”

研究小组利用量子电动力学技术来发展他们的理论。他们研究了一个由原子和空腔组成的系统 - 后者是部分开放的,因此通常会使系统中的光泄漏并迅速丢失。然而,研究小组表明,在某些条件下,破坏性干扰现象可以防止泄漏并允许单个光子无限期地托管在系统中。这种嵌入的本征态可以非常有助于存储信息而不会降级,但是这种受保护状态的封闭性质也会对外部刺激产生障碍,因此单个光子也不能注入系统。研究小组能够通过两个或多个光子同时激发系统来克服这一局限。

“当我们用一个光子激发它时,我们提出了一个系统作为一个封闭的盒子,但是当我们用两个或多个光子击中时它会非常有效地打开,”该论文的第一作者,博士后研究员Michele Cotrufo说道。 ASRC光子学倡议。“我们的理论表明,两个光子可以有效地注入到封闭系统中。之后,一个光子将会丢失,另一个光子将在系统关闭时被捕获。存储的光子有可能无限期地保留在系统中。”

在现实系统中,额外的缺陷会妨碍光子的完美限制,但研究小组的计算表明,他们的协议优于以前基于单个腔的解决方案。

作者还表明,存储的激发光子随后可以通过发送第二个光子脉冲按需释放。

该团队的发现有可能解决量子计算的关键挑战,包括按需生成纠缠光子态和量子存储器。该小组现在正在探索通过实验验证其理论工作的途径。

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