巴塞爾大學的研究人員已經(jīng)建立了一個基于微小玻璃電池中原子的量子存儲元件。未來，這種量子存儲器可以在晶圓上大規(guī)模生產(chǎn)。

很難想象沒有互聯(lián)網(wǎng)或移動電話網(wǎng)絡等網(wǎng)絡的生活。未來，類似的網(wǎng)絡計劃用于量子技術，這些技術將能夠使用量子密碼學實現(xiàn)消息的防竊聽傳輸，并使量子計算機相互連接成為可能。

與傳統(tǒng)的量子網(wǎng)絡一樣，這種量子網(wǎng)絡需要內存元件，其中信息可以根據(jù)需要臨時存儲和路由。由Philipp Treutlein教授領導的巴塞爾大學研究小組現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出這種記憶元件，它可以微加工，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)。他們的研究結果發(fā)表在《物理評論快報》上。

光脈沖可以在玻璃池中存儲和檢索，玻璃池中充滿了銣原子，尺寸只有幾毫米。

光子儲存在玻璃電池中

光粒子特別適合傳輸量子信息。光子可用于通過光纜向衛(wèi)星或量子存儲元件發(fā)送量子信息。在那里，光子的量子力學狀態(tài)必須盡可能精確地存儲，并在一定時間后轉換回光子。

兩年前，巴塞爾的研究人員證明，使用玻璃電池中的銣原子可以很好地工作。“然而，那個玻璃細胞是手工制作的，有幾厘米大小，”博士后Roberto Mottola博士說。“為了適合日常使用，這種細胞需要更小，并且適合大量生產(chǎn)。

這正是Treutlein和他的合作者現(xiàn)在所取得的成就。為了使用一個體積小得多、只有幾毫米的電池，這是他們從原子鐘的大規(guī)模生產(chǎn)中獲得的，他們需要開發(fā)一些技巧。盡管電池尺寸很小，但為了擁有足夠數(shù)量的銣原子進行量子存儲，他們必須將電池加熱到100°C以增加蒸氣壓。

此外，他們將原子暴露在1特斯拉的磁場中，比地球磁場強10,000倍以上。這改變了原子能級，從而促進了使用額外激光束對光子的量子存儲。這種方法允許研究人員將光子存儲約100納秒。在那段時間里，自由光子將傳播 30 米。

單個晶圓上的 1,000 個量子存儲器

Treutlein說：“通過這種方式，我們首次為光子構建了一個微型量子存儲器，可以在單個晶圓上并行生產(chǎn)約1,000個副本”。

在目前的實驗中，使用強衰減激光脈沖證明了存儲，但在不久的將來，Treutlein與納沙泰爾的CSEM合作，也希望在微型電池中存儲單個光子。此外，玻璃電池的格式仍然需要優(yōu)化，以便在保持其量子態(tài)的同時盡可能長時間地存儲光子。

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