科學家已經開發出一種量子存儲方法，有助于為大規模光量子網絡鋪平道路。

新的量子存儲系統依賴于原子核自旋，以自旋波的形式產生集體振蕩，通過集體振蕩有效地將幾個原子連接起來存儲信息。

美國加州理工學院應用物理學和電氣工程教授Andrei Faraon團隊利用一個由鐿(Yb，可用在激光的稀土元素)離子制成的量子比特，將該離子嵌入正釩酸釔(YVO4)的透明晶體中，并通過光學和微波場的組合來操縱其量子態。然后，團隊使用鐿的量子位來控制晶體中多個釩原子的核自旋狀態。研究成果于2月16日發表在《自然》(Nature)期刊上。

圖片來自《自然》(Nature)期刊

“根據我們之前的工作，單個鐿離子被認為是光量子網絡的優秀候選材料，”Faraon教授說，“但我們需要將它與其它原子連接起來。我們在這項工作中證明了這一點。”

實驗設備在美國加州理工學院的Kavli納米科學研究所制作完成，然后在Faraon教授的實驗室中進行低溫測試。

據研究人員，這種利用糾纏核自旋作為量子存儲的新技術是受到核磁共振(NMR)方法的啟發。

“為了能在核自旋中存儲量子信息，我們開發了與醫院使用的核磁共振機相類似的新技術，”論文共同通訊作者Joonhee Choi說，“主要的挑戰是讓現有技術能在沒有磁場的情況下工作。”

該團隊所測量的每個量子位均有一個相同的寄存器，這意味著該量子存儲系統能夠存儲相同的信息。

“可復制并可靠地構建這項技術，是成功的關鍵。”論文第一作者Andrei Ruskuc表示，“在科學背景下，這項研究讓我們對鐿量子位和釩原子之間的微觀相互作用，具有前所未有的了解。”

這項研究成果有助于為未來量子網絡奠定基礎，并為大規模光量子網絡鋪平道路。

量子計算機憑借量子力學的特殊特性，包括疊加特性，即允許量子比特同時以1和0的形式存儲信息，從而比傳統計算機更快地執行計算功能。

而就像經典計算機一樣，工程師們希望能夠連接多臺量子計算機，實現共享數據并一同工作，從而創建一個“量子互聯網”。這將為許多應用打開大門，包括解決單個量子計算機無法處理的龐大計算能力，以及使用量子密碼學建立牢不可破的安全通信網絡。