原子之间令人惊讶的通信可以改善量子计算

导读 威斯康星大学麦迪逊分校的一组物理学家已经确定了条件,在这种条件下,相对较远的原子以以前只能在更近的原子中看到的方式彼此通信,这种发

威斯康星大学麦迪逊分校的一组物理学家已经确定了条件,在这种条件下,相对较远的原子以以前只能在更近的原子中看到的方式彼此通信,这种发展可能会应用于量子计算。

物理学家的发现于10月14日发表在《物理评论A》(Physical Review A)杂志上,为产生纠缠原子开辟了新前景。纠缠原子是指长距离共享信息的原子,这对于量子通信和量子计算机的发展至关重要。

威斯康星大学麦迪逊分校的物理学教授,这项研究的资深作者德尼兹·亚武兹(Deniz Yavuz)表示:“建造量子计算机非常困难,因此一种方法是构建可以互相通信的较小模块。” “我们看到的这种效果可以用来增强这些模块之间的通信。”

当前的情况取决于光与绕原子运动的电子之间的相互作用。被光子撞击的电子可以被激发到更高的能量状态。但是电子讨厌多余的能量,因此它们通过发出称为衰变的光子来迅速释放出能量。释放出来的光子原子所具有的能量要少于那些促进电子增长的原子,这种现象使某些化学物质发荧光,或者某些水母具有绿色发光的环。

Yavuz说:“现在,如果您有多个原子,这个问题将变得非常有趣。” “其他原子的存在改变了每个原子的衰变;它们彼此交谈。”

在实验中,由Deniz Yavuz领导的威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家通过激光冷却to原子至略高于绝对零的原子来固定它们。然后,他们以rub的激发波长照射激光以激发电子。信用:Yavuz Lab

例如,如果单个原子在1秒钟内衰减,那么一组相同类型的原子可能会在不到一秒钟或更长的时间内衰减。时间取决于条件,但是所有原子都以相同的速率衰变更快或更慢。到目前为止,只有当原子彼此之间的发射光的波长在大约一个波长之内时,才能观察到这种类型的相关性。对于Yavuz和他的同事使用的id原子,这意味着在780纳米之内-正好在红色和红外光波长之间的边缘。

科学家们希望了解原子之间更大的距离将如何影响of原子的衰变。如果主流观点正确,那么相距780纳米的两个further原子将像单个原子一样工作,每个原子都具有特征性的单原子衰变曲线。

黑暗中的腔室在中心显示出微弱发光的rub原子。图片来源:Deniz Yavuz

在他们的实验中,他们首先通过激光冷却to原子使其刚好高于绝对零值(原子运动停止的温度),从而固定了一组group原子。然后,他们以rub的激发波长照射激光以激发电子,电子在发射780 nm特征光子时衰减。然后他们可以测量所发射光子随时间的强度,并将其与单个id原子的衰变曲线进行比较。

Yavuz说:“在我们的案例中,我们证明了原子的距离可能是波长的五倍,而这些基团效应仍然很明显-衰变的速度可能比原子本身处的衰变更快或更慢。” “我们展示的第二件事是,如果您观察衰减的时间动态,它可以快速启动,然后变慢。它可以切换,而这种切换从未见过。”

利用这些新的洞察力来建立原子之间的相关性,Yavuz和他的研究小组正在研究其发现的量子计算应用。他们正在研究哪种实验条件会导致不同类型的相关状态,从而导致量子信息的纠缠和有效传输。

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