《自然》：通過讓原子“手拉手”，科學家改進量子存儲系統

加州理工學院的工程師們開發出了一種量子存儲的方法，這可能有助于為大規模光量子網絡的發展鋪平道路。

這個新系統依賴于核自旋--原子核的角動量--以自旋波的形式進行集體振蕩。這種集體振蕩有效地將幾個原子串聯起來以存儲信息。

2月16日發表在《自然》期刊上的一篇論文描述了這項工作，科學家利用了一個由鐿（Yb）離子制成的量子位（或量子比特），鐿是一種也用于激光的稀土元素。由應用物理學和電氣工程教授Andrei Faraon領導的團隊將該離子嵌入正釩酸釔（YVO4）的透明晶體中，并通過光學和微波場的組合來操縱其量子態。然后，該團隊使用鐿的量子位來控制晶體中多個釩原子的核自旋狀態。

《自然》期刊上論文的共同通訊作者Faraon說：“根據我們以前的工作，單鐿離子被認為是光量子網絡的優秀候選者，但我們需要將它們與其他原子聯系起來。我們在這項工作中證明了這一點。”

量子網絡將通過一個在量子而非傳統水平上運行的系統連接量子計算機。從理論上講，量子計算機有朝一日能夠通過利用量子力學的特殊屬性，包括疊加，使量子比特能夠同時以1和0的形式存儲信息，從而比經典計算機更快地執行某些功能。

在未來，正如他們對經典計算機所做的那樣，工程師們希望能夠將多臺量子計算機連接起來，共享數據并一起工作，創建一個“量子互聯網”。這將為一些應用打開大門，包括解決單個量子計算機無法處理的巨大計算的能力，以及使用量子密碼學建立牢不可破的安全通信。

該研究論文題為"Nuclear spin-wave quantum register for a solid-state qubit"，已發表在《自然》期刊上。

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論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04293-6

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標簽： 量子存儲