MPQ团队利用单个铷原子产生了数量破纪录的量子纠缠光子簇

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在 2022 年 8 月 24 日发表于《自然》杂志上的一篇文章中，来自马克斯·普朗克量子光学研究所（MPQ）的一支团队，详细介绍了一种高效驱动光量子纠缠的新方法。虽然听起来有些违反直觉，但数十年来的量子实验已经充分证明 —— 无论相距多远，改变其中一个结对粒子的状态、就会同步改变另一粒子的状态。

一个铷原子被困在一个由两个高反射镜组成的光学谐振器中（渲染图，来自：MPQ）

受量子纠缠现象的启发，近年来已有大量团队投入新兴商业技术的开发。

真空状态下的光学谐振器，单个铷原子被困于支架内的锥形镜之间。

以量子计算器为例，其中纠缠的例子，就可用于存储和存储信息的量子比特。

研究配图 1 - 实验设置 / 协议概述

为实现最佳效果，量子计算机需要用到能够产生大量粒子、并将之纠缠到一起的装置，但这显然并非易事。

研究配图 2 - GHz 状态

好消息是，MPQ 研究人员找到了一种更可靠的量子纠缠方法，并成功地将 14 个光子纠缠到了一起 —— 这也是迄今为止规模最喜人的“光子簇”。

研究配图 3 - 集簇状态

具体说来是，研究团队从单独的铷原子开始上手，将它困在一个以特定模式反射电磁波的光学腔中。当被特定频率的激光击中时，原子就被赋予了准备就绪的给定特定。

研究配图 4 - 测得 N 光子重合率

接着研究人员向它发射另一调制脉冲，以使原子发射一个与它纠缠的光子。通过重复该过程，原子便可在每个光子发射之间旋转，直到产生一整条相互纠缠的“光子链”。

扩展数据图 1 - 详细的实验序列

更棒的是，该过程较现有技术的效率更加出众 —— 产生光子的时间占比超过 43%，近乎每两次光脉冲就能产生一个光子。

扩展数据图 2 - 奇偶性振荡

尽管对于长期关注量子纪录的朋友们来说，14 个纠缠量子可能听起来不算多 —— 毕竟此前科学家已设法通过气体实验、实现了数万亿个原子的纠缠 —— 但此类系统并不适用于量子计算机或量子通信。

扩展数据图 3 - 发射器的相干特性

相比之下，通过常规技术手段产生的光子，其量子应用也要简单得多。更何况这项新技术颇具效率优势，意味着后续能够轻松扩展光子的产量。下一步，MPQ 团队计划开展至少利用两个原子的新实验。

扩展数据图 4 - vSTIRAP 过程引发的失真

最后，有关这项研究的详情，已发表于近日出版的《Nature》期刊上，原标题为《Efficient generation of entangled multiphoton graph states from a single atom》。

liumiao73

看不懂，费劲

leafchy

此类系统并不适用于量子计算机或量子通信