科学家构建连接光与物质的可扩展量子节点

为实现此类网络，需要所谓的量子网络节点——能够存储量子信息并通过光粒子共享信息。在最新研究中，因斯布鲁克大学实验物理系Ben Lanyon领导的团队利用量子计算机原型中的一串十个钙离子展示了这种节点。通过精确调控电场，研究人员将离子逐一移入光学谐振腔。随后，经微调的激光脉冲触发单个光子发射，其偏振态与离子量子态形成纠缠。

该过程产生了光子流，其中每个光子都与寄存器中不同的离子量子位相关联。未来这些光子可传输至远端节点，用于在不同量子设备间建立纠缠。研究人员实现了平均92%的离子-光子纠缠保真度，该精度水平充分证明了其方法的稳健性。

"该技术的核心优势在于可扩展性，"Ben Lanyon表示，"早期实验仅能关联两到三个离子量子位与单个光子，而因斯布鲁克的实验装置可扩展至更大规模寄存器，潜力容纳上百甚至更多离子。"这为跨实验室乃至跨大洲连接完整量子处理器铺平了道路。

"我们的方法向着构建更大规模、更复杂量子网络迈出重要一步，"研究第一作者Marco Canteri强调，"这使我们更接近量子安全通信、分布式量子计算及大规模分布式量子传感等实际应用。"

除组网应用外，此项技术还可推动光学原子钟发展。这类原子钟计时精度极高，在宇宙的整个年龄范围内失去的时间也不到一秒。通过量子网络连接此类原子钟，可构建全球性超精密计时系统。

该研究现已发表于《物理评论快报》，获得奥地利科学基金会FWF及欧盟等机构资助。它不仅代表技术里程碑，更是新一代量子技术的关键基础构件。