科学家创建可扩展量子节点实现光与物质互联

为实现此类网络，需要所谓的量子网络节点——该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，由因斯布鲁克大学实验物理系本·兰农领导的团队，在原型量子计算机中使用一串十个钙离子演示了这种节点。通过精确调节电场，离子被逐个移入光学谐振腔。在那里，经精细调谐的激光脉冲触发单个光子发射，该光子的偏振态与离子状态形成纠缠。

该过程产生了光子流；每个光子都与寄存器中不同的离子量子比特相绑定。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，这一精度水平彰显了其方法的稳健性。

"该技术的核心优势之一是其可扩展性，"本·兰农表示，"尽管早期实验仅能连接两个或三个离子量子比特与单个光子，但因斯布鲁克的实验装置可扩展到更大规模的寄存器，潜力上可容纳数百个甚至更多离子。"这为连接跨越实验室乃至各大洲的完整量子处理器铺平了道路。

"我们的方法朝着构建更大更复杂量子网络迈进了一步，"研究第一作者马尔科·坎泰里指出，"它让我们更接近实际应用，例如量子安全通信、分布式量子计算和大规模分布式量子传感。"

除组网应用外，该技术还能推动光学原子钟发展——这类原子钟计时精度极高，在宇宙年龄的时间跨度内误差不足一秒。通过量子网络连接此类原子钟，可构建全球性的超精密时间计量系统。

这项发表于《物理评论快报》的研究获得了奥地利科学基金FWF及欧盟等机构的资助，不仅展示了技术里程碑，更为下一代量子技术提供了关键构建模块。