科学家研制出可扩展量子节点连接光与物质

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。在本宁·兰农领导的因斯布鲁克大学实验物理系团队的最新工作中，他们在一台原型量子计算机中使用一串十个钙离子演示了这种节点。通过精确调整电场，离子被逐一移入光学谐振腔。在那里，经过精细调谐的激光脉冲触发发射出单个光子，该光子的偏振态与离子状态形成纠缠。

该过程产生光子流；每个光子都与寄存器中不同的离子量子位绑定。未来这些光子可传输至遥远节点，用于在独立的量子设备之间建立纠缠。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。

"该技术的关键优势之一是其可扩展性，"本宁·兰农表示。"虽然早期实验仅成功将两到三个离子量子位与单个光子链接，但因斯布鲁克的装置可扩展至更大的寄存器，可能包含数百个甚至更多离子。"这为跨实验室乃至跨大洲连接整个量子处理器铺平了道路。

"我们的方法向构建更大更复杂的量子网络迈进了一步，"该研究第一作者马尔科·坎泰里指出。"这使我们更接近实际应用，例如量子保密通信、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的发展——这类时钟计时极为精确，在宇宙年龄时间跨度内误差不足一秒。此类时钟可通过量子网络连接，形成全球性无与伦比的精准计时系统。

这项现已发表于《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，不仅展示了一项技术里程碑，也为下一代量子技术提供了关键构建模块。