科学家用“量子长笛”实现了光子的一对多同步和相互作用
(来自:University of Chicago)
与同名乐器类似,这款“量子长笛”的本体也是一块金属、中间有个长空腔,并在表面留有一系列开孔。
不同的是,这款装置并非为声学应用、而是专为光学应用而设计。研究一作 David Schuster 表示:
与在乐器中一样,你能够在整个物体上发送一个或多个波长的光子。
每个波长都会产生一个‘音符’,而我们可将之用于编码量子信息。
(图自:Schuster Lab)
研究团队称,这些不同的“注释”,可以像数据的量子比特(qubits)一样工作。
这意味着它们可被用于为量子计算机打造新型内存、或帮助纠正这项技术容易出现的错误。
研究配图 - 1:实验系统示意图
实验期间,研究人员得以使用超导电路作为主量子位,同时控制多达五个“音符”(量子比特)的相互作用。
这表明,在扩大了系统规模后,它可极大地简化未来量子计算机的控制方式。
研究配图 - 2:使用最优策略对量子比特进行通用控制
David Schuster 解释称:“如果你想要打造一台拥有 1000 个量子比特的计算机,并希望通过一个量子位来控制所有这些量子比特,那其价值也会被充分彰显”。
至于实验用的这块钻有孔的量子槽,它能够捕获并操纵不同波长的光子来编码量子信息。但它最奇特的地方,就在于做到了自然界中极为罕见的事情。
研究配图 - 3:通过光子阻滞产生多模 N 体相互作用
这些光粒子通常不会相互作用,意味着它们会直接略过、甚至相互穿过。但在某些条件下,它们偶尔可以成对相互作用。
而在新装置中,研究团队设法成功地让系统中的所有光子,在能量达到了临界点后立即相互作用。
研究配图 - 4:多模式 Wigner 断层扫描
David Schuster 补充道:“通常情况下,大多数粒子的相互作用都是一对一的 —— 或相互弹跳、或相互吸引”。
如果你加入第三个粒子,它们通常仍会按顺序与其中一个交互 —— 但新系统让所有粒子都同时互动。
芝加哥大学 Schuster Lab 实验室成员合照
最后,研究团队表示,随着量子计算机的发展,这种不新厂的群体行为,有望开启物理学或其它以往可能未观察到的量子现象的新方法。
有关这项研究的详情,可移步至《自然·物理学》(Nature Physics)或《物理评论快报》(Physical Review Letters)查看全文。