研究人员第一次成功地在远距离上建立了量子系统之间的强耦合。他们通过一种新颖的方法实现了这一目标,在该方法中,激光环路连接了系统,从而实现了几乎无损的信息交换以及它们之间的强大交互。

在《科学》杂志上,来自巴塞尔大学和汉诺威莱布尼兹大学的物理学家物理学家报告说,新方法为量子网络和量子传感器技术开辟了新的可能性。

首次实现,量子系统远距离强耦合-量子客

量子技术是目前世界上最活跃的研究领域之一。它利用原子、光或纳米结构的量子力学状态的特殊性质来开发,例如,用于医学和导航的新型传感器、用于信息处理网络和材料科学的强大模拟器。产生这些量子态通常需要所涉及的系统之间的强大相互作用,例如几个原子或纳米结构之间的相互作用。

但是,到目前为止,足够强的交互作用仅限于短距离。通常情况下,两个系统必须在同一个芯片上,在低温下或在同一个真空室中,通过静电或静磁力相互作用。然而,对于许多应用(例如量子网络或某些类型的传感器),需要将它们耦合到更远的距离上。

由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所(SNI)的Philipp Treutlein教授领导的物理学家团队,在室温环境中,首次成功实现在远距离上创造两个系统之间的强耦合。实验中,研究人员使用激光将100纳米薄膜的振动与原子自旋的运动耦合在一米的距离上。结果,膜的每次振动都会使原子自旋,而反之亦然。

  
首次实现,量子系统远距离强耦合-量子客
激光回路将纳米机械膜的振动与原子云的自旋连接起来。(来源:巴塞尔大学物理系)

 

光环起着机械弹簧的作用

该实验基于研究人员与汉诺威大学的理论物理学家Klemens Hammerer教授共同提出的概念。它包括在系统之间来回发送激光束。

这些实验是 Thomas Karg 博士在巴塞尔大学博士论文中的一部分,他解释说:“光的行为就像是在原子和薄膜之间伸展的机械弹簧,并在两者之间传递力。”在此激光回路中,可以控制光的属性,以使有关这两个系统的运动的信息不会丢失到环境中,从而确保量子力学相互作用不被干扰。

现在,研究人员首次成功地通过实验验证了这一概念,并将其用于一系列实验中。Treutlein解释说:“量子系统与光的耦合非常灵活且用途广泛,我们可以控制系统之间的激光束,这使我们能够生成不同类型的相互作用,这对量子传感器很有用”

 

量子技术的新工具

除了将原子与纳米机械膜耦合外,新方法还可以用于其他几种系统中。例如,当耦合用于量子计算研究中的超导量子位或固态自旋系统时。光介导耦合的新技术可用于互连此类系统,从而创建用于信息处理和模拟的量子网络。Treutlein坚信,对于量子技术工具来说,这是非常有用的新工具。

论文链接:DOI:10.1126 / science.abb0328

 

声明:此文出于传递高质量信息之目的,若来源标注错误或侵权,请作者持权属证明与我们联系,我们将及时更正、删除,所有图片的版权归属所引用组织机构,此处仅引用,原创文章转载需授权。

作者 Lucy Li           编辑 Sakura