飛秒激光實(shí)現(xiàn)金剛石量子比特最快操控-通訊

(資料圖片僅供參考)

單光子的可控產(chǎn)生是量子網(wǎng)絡(luò)、量子計(jì)算等量子技術(shù)的重要基礎(chǔ)。包括德國(guó)柏林洪堡大學(xué)在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)，采用飛秒級(jí)（1飛秒=千萬(wàn)億分之一秒）超快激光脈沖，實(shí)現(xiàn)了目前金剛石量子系統(tǒng)中速度最快的光學(xué)控制操作，為單光子的高效可控生成提供了新的技術(shù)路徑。這項(xiàng)研究使基于金剛石的量子通信和分布式量子計(jì)算技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用邁出重要一步。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。

長(zhǎng)期以來(lái)，量子技術(shù)面臨的一大挑戰(zhàn)是如何利用激光控制量子比特，同時(shí)又能清晰地探測(cè)量子比特發(fā)射的光子，并作為信息載體加以利用。傳統(tǒng)方法往往依賴(lài)于復(fù)雜的光學(xué)濾波技術(shù)，不僅降低系統(tǒng)效率，也限制了未來(lái)規(guī)?；瘧?yīng)用。

此次，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新方法解決了上述難題。他們聚焦于一種特殊的金剛石晶體，其晶體原子結(jié)構(gòu)中存在一種特定缺陷，即“錫空位中心”，也被稱(chēng)為“色心”。這些原子結(jié)構(gòu)可作為穩(wěn)定的量子比特，能夠存儲(chǔ)和處理量子信息，并與光子實(shí)現(xiàn)耦合。

利用新方法，團(tuán)隊(duì)通過(guò)兩束精確調(diào)控的激光脈沖激發(fā)量子系統(tǒng)，使控制激光與攜帶量子信息的單光子更容易區(qū)分，從而顯著提高光子利用效率。

超快激光脈沖使量子態(tài)操控進(jìn)入全新的時(shí)間尺度，為實(shí)現(xiàn)更快速、更復(fù)雜的量子操作提供了可能，同時(shí)也為構(gòu)建實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，新方法能保持系統(tǒng)內(nèi)部的量子自旋態(tài)。這一成果也使金剛石量子中繼器和分布式量子計(jì)算機(jī)距離實(shí)際應(yīng)用更進(jìn)一步。

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