研究人員終於將儲存在光束中的資訊隱形傳態到原子雲中,這在可預見的未來,幾乎和被“星際迷航”中的斯科蒂傳送上去一樣接近了。更實際地說,這項演示是最終利用量子效應實現超強計算或超安全加密系統的關鍵。
量子計算機或密碼網路將利用糾纏,即兩個遙遠的粒子共享互補的量子態。在這些裝置的某些概念中,作為資訊單元的量子態必須以光的形式從一組原子轉移到另一組原子。由於測量任何量子態都會破壞它,因此不能簡單地測量和複製該資訊。研究人員早就知道,可以透過一種稱為隱形傳態的過程來巧妙地解決這個障礙,但他們之前只在光束之間或原子之間演示過這種方法。
為了邁出下一步,尤金·波爾齊克和他在哥本哈根尼爾斯·玻爾研究所的同事們將一束強雷射束照射到室溫銫原子雲上,這些銫原子的自旋都指向相同的方向,並根據給定的量子態波動。雷射與原子雲的集體自旋糾纏在一起,這意味著雷射和氣體的量子態具有相同的振幅,但相位相反。目標是將第二束光束的量子態轉移或隱形傳態到原子雲上。
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為了做到這一點,該小組將第二個較弱的雷射脈衝與強雷射混合,並將疊加的光束分成兩臂。一個臂中的探測器測量了光束振幅的總和,第二個臂中的探測器測量了它們相位之間的差異。這兩個測量都沒有干擾光和銫之間脆弱的糾纏態。但研究人員可以使用這些結果對銫蒸氣施加精確的磁場,有效地抵消了整體的原始自旋態,並將其替換為與弱脈衝極化相對應的自旋態,正如他們在10月5日《自然》雜誌上報道的那樣。
“關鍵是要能夠產生高效的糾纏,這樣每次我按下按鈕,都能得到這種糾纏態,”波爾齊克說。他說,他的團隊透過迫使雷射和原子僅在高頻下相互作用,排除了大多數會破壞糾纏過程的噪聲源。波爾齊克解釋說,由此產生的效率使他們能夠在室溫下進行實驗。“這就是它非常吸引人的地方。與超冷氣體儲層相比,這足夠便宜,”他說。