工程学习|原子之间惊人的通信可以改善量子计算超高真空室

文章图片
超高真空室，其中红宝石原子被激光冷却和兴奋。来源：德尼兹·亚武兹
威斯康星大学麦迪逊分校的一组物理学家已经确定了相对遥远的原子之间相互交流的条件，这种方式以前只在原子之间更紧密地看到，这种发展可以应用到量子计算。
物理学家的发现发表在10月14日出版的《物理评论A》杂志上，为产生纠缠原子开辟了新的前景，这个术语被赋予了远距离共享信息的原子，这对量子通信和量子计算机的发展非常重要。
【工程学习|原子之间惊人的通信可以改善量子计算】"构建量子计算机是非常困难的，因此一种方法就是构建更小的模块，可以相互通信， "美国大学麦迪逊分校物理学教授、该研究的高级作者德尼兹·亚武兹（DenizYavuz）说。 "我们看到这种效果可以用来增加这些模块之间的通信。
手头的场景取决于光和围绕原子运行的电子之间的相互作用。被光子击中的电子可以兴奋到更高的能量状态。但是电子厌恶多余的能量，所以它们通过发射光子来迅速释放它，这个过程被称为衰变。光子原子释放的能量比那些推动电子上升的能量要小——同样的现象会导致一些化学物质产生荧光，或者一些水母有一个绿色发光的环。
"现在，如果你有一个多原子，这个问题变得非常有趣， "Yavuz说。 "其他原子的存在改变每个原子的衰变;他们互相交谈。

文章图片
在实验中，以德尼兹·亚武兹为首的麦迪逊大学物理学家通过激光冷却一组红宝石原子，使它们仅略高于绝对零。然后，他们用红宝石的激发波长照射激光来激发电子的电能。来源：亚武兹实验室
例如，如果单个原子在一秒钟后衰变，那么同一类型的原子组在小于或超过一秒时衰变。时间取决于条件，但所有的原子以相同的速度衰变，或者更快或更慢。到目前为止，只有当原子在彼此发射的光的大约一个波长内时，才观察到这种相关性。对于亚武兹和他的同事使用的红宝石原子，它意味着在780纳米范围内——就在红色光和红外光波长的边缘。
科学家们想看看原子之间的距离会有多远，对红宝石原子的衰变产生什么影响。如果主流观点是正确的，那么两个比780纳米相距更远的红宝石原子就像单个原子一样，每个原子都给出典型的单原子衰变特征。

文章图片
黑暗中的室在中心显示微弱发光的红宝石原子。来源：德尼兹·亚武兹
在实验中，他们首先通过激光冷却一组红宝石原子，使它们稍微略高于绝对零度，即原子运动停止的温度。然后，他们用红宝石的激发波长照射激光来激发电子的电能，电子在780nm的特征下发射光子时衰变。然后，它们可以测量随着时间的推移发射光子的强度，并将其与单个红宝石原子的衰变轮廓进行比较。
Yavuz说："在我们的案例中，我们表明原子的波长可以远至波长的五倍，而且这些组效应仍然明显——衰变比原子本身存在时要快，或者更慢。 "我们展示的第二件事是，如果你看看衰变的时间动态，它可以开始快，然后变慢。它切换，开关从来没有见过。
通过这些关于建立原子之间相关性的新见解， Yavuz和他的研究小组正在研究他们发现量子计算的应用。他们正在研究哪些实验条件导致不同类型的相关状态，从而导致量子信息的纠缠和有效传输。