科学家实现可扩展量子节点建立光与物质联系

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子进行共享。因斯布鲁克大学实验物理系Ben Lanyon团队在最新研究中，利用原型量子计算机中的十个钙离子链展示了这种节点。通过精确调节电场，使离子逐个移动至光学谐振腔内。随后，经精密调谐的激光脉冲触发单个光子发射，该光子的偏振态与该离子的量子态形成纠缠。

该过程产生光子流；每个光子均与寄存器中不同的离子量子比特相关联。未来这些光子可传输至远端节点，用于建立独立量子设备间的纠缠。研究人员实现了平均92%的离子-光子纠缠保真度，该精度水平印证了其方法的稳健性。

"该技术的核心优势在于可扩展性，"Ben Lanyon指出，"早期实验仅能将两至三个离子量子比特与单个光子链接，而因斯布鲁克的装置可扩展至更大规模的寄存器，可能容纳数百甚至更多离子。"这为跨实验室乃至跨大洲连接完整量子处理器铺平道路。

"我们的方法朝着构建更大规模、更复杂量子网络迈进了一步，"研究第一作者Marco Canteri表示，"这使我们更接近量子保密通信、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，该技术还可推动光学原子钟发展——这类时钟计时精度极高，宇宙年龄内误差不足一秒。通过量子网络连接此类时钟，可构建精度无与伦比的全球授时系统。

本研究成果发表于《物理评论快报》，获得奥地利科学基金FWF及欧盟等机构资助，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。