首次实现在不同类型节点间传递量子数据

原子气体(右下)和晶体(左上)之间信息交互示意图。 (Credit ICFO / Scixel)

现在科学家们朝着实现量子计算机的目标又迈出了一大步，尤其是成功地使用光子在冷原子气体和固体晶体之间实现量子信息的传输以后，说明我们也能够构建量子计算机的互联网。

在这两个“节点”或两种存储类型之间进行的数据传递表明，应该有可能构建出将各种节点混合在一起的混合型量子计算机，使其更加稳定和实用。

据西班牙光子科学研究所(CiénciesFotòniques或IFCO)的研究人员称，像这样的混合系统可能会取各家之长，兼具不同信息节点所有存储类型带来的优点。

研究人员之一Nicolas Maring说：“这就像是，我们想要让两个使用不同语言的对象进行交流，就需要一个中介的翻译。在这里使用的是单个的光子。为了实现交流，有必要转换单光子的特征属性，以便能够有效地在节点之间传递信息。”

在此次之前，尚未有人成功地在两种不同类型的节点之间实现量子信息的传输，因为不同节点通常以不同的带宽和波长发挥作用。

想要在它们之间寻找一个可以携带信息，而不会被干扰，同时具有足够信息强度的光子，在技术上被证明是极度困难的。

对于最近的实验，研究人员使用了一种称为时位二进制段编码的光子编码技术，它非常适合于传递量子位且可以抵抗干扰——正如我们所期望的——但是在允许量子位彼此交互方面不是那么友好。

在这种情况下，研究人员尝试使用激光冷却的铷原子云，产生一个带宽非常窄，波长为780纳米的单光子编码的量子位。然后通过将其波长转换为606纳米，成功地传输信息到接收节点——一个掺杂有镨离子的晶体。

在发送和接收节点之间，光子被再次转换为1552纳米的波长，为了保证实验网络有一天可能会与我们目前的电信基础设施相适应。

量子位持续约2.5微秒，并以非常高的保真度检索存储信息。

这些量子位是量子计算的基石，它们可以叠加在一起——同时呈现逻辑事件输入和输出之间两种状态，而不是今天的计算机位，每个只能固定为1或0。

一旦我们弄清楚如何可靠和准确地处理这些量子，计算速度将出现极大的飞跃进展。

为了那一天，现在还有很长的一段路要走，但是现在我们知道确实有可能制作出混合量子计算机，可以通过已经现有的电缆光纤有效地发送数据。

而且由于不同类型的节点在不同的任务上会表现的更好，比如像气态原子适合为信息编码，或者晶体适合于信息存储，所以这将是后续探索的重要方向，因为我们要发挥量子计算的全部潜力。

研究人员之一Hugues de Riedmatten表示：“能够连接具有不同功能和容量的量子节点，并通过它们之间的单光子传输量子位，这是混合量子网络发展中的一座重要的里程碑。”

这项研究已在Nature杂志上发表。

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。