《自然》：通过让原子“手拉手”，科学家改进量子存储系统

加州理工学院的工程师们开发出了一种量子存储的方法，这可能有助于为大规模光量子网络的发展铺平道路。

这个新系统依赖于核自旋--原子核的角动量--以自旋波的形式进行集体振荡。这种集体振荡有效地将几个原子串联起来以存储信息。

2月16日发表在《自然》期刊上的一篇论文描述了这项工作，科学家利用了一个由镱（Yb）离子制成的量子位（或量子比特），镱是一种也用于激光的稀土元素。由应用物理学和电气工程教授Andrei Faraon领导的团队将该离子嵌入正钒酸钇（YVO4）的透明晶体中，并通过光学和微波场的组合来操纵其量子态。然后，该团队使用镱的量子位来控制晶体中多个钒原子的核自旋状态。

《自然》期刊上论文的共同通讯作者Faraon说：“根据我们以前的工作，单镱离子被认为是光量子网络的优秀候选者，但我们需要将它们与其他原子联系起来。我们在这项工作中证明了这一点。”

量子网络将通过一个在量子而非传统水平上运行的系统连接量子计算机。从理论上讲，量子计算机有朝一日能够通过利用量子力学的特殊属性，包括叠加，使量子比特能够同时以1和0的形式存储信息，从而比经典计算机更快地执行某些功能。

在未来，正如他们对经典计算机所做的那样，工程师们希望能够将多台量子计算机连接起来，共享数据并一起工作，创建一个“量子互联网”。这将为一些应用打开大门，包括解决单个量子计算机无法处理的巨大计算的能力，以及使用量子密码学建立牢不可破的安全通信。

该研究论文题为"Nuclear spin-wave quantum register for a solid-state qubit"，已发表在《自然》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04293-6

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