纠缠在量子信息科学中起着至关重要的作用。它可用于可以同时执行大量数学运算的量子计算机。为了有效地使用量子计算机，许多纠缠粒子必须一起工作。它们是计算的基本元素，即所谓的量子位。
物理学家团队在 马克斯普朗克研究所 加兴量子光学研究所现在首次利用单个原子发射的光子演示了这项任务。他们可以在光学谐振器中产生多达 14 个纠缠光子，这些光子可以有针对性且非常有效的方式制备成特定的量子物理态。这种新方法可以构建强大而稳健的量子计算机，并为未来的安全数据传输提供服务。
这是该团队首次产生多达 14 名球员 纠缠光子 以明确的方式和高效率。
位于慕尼黑附近加兴的马克斯·普朗克量子光学研究所 (MPQ) 的博士生 Philip Thomas 说： “这个实验的技巧是我们使用单个原子发射光子并以非常特定的方式将它们交织在一起。为此，我们将铷原子放置在光学腔（电磁波回声室）的中心。原子的状态可以用一定频率的激光精确定位。使用额外的控制脉冲，研究人员还专门触发了与原子量子态纠缠的光子的发射。”
“我们以事先确定的方式重复了这个过程几次。在此期间，原子以某种方式被操纵——用技术术语来说：旋转。通过这种方式，可以创建一条由多达 14 个光粒子组成的链，这些粒子被原子旋转纠缠在一起，并进入所需的状态。”
“据我们所知，这 14 个相互连接的光粒子是迄今为止实验室中产生的纠缠光子数量最多的。”
“因为光子链是从单个原子中产生的，所以它可以确定地产生。这意味着：原则上，每个控制脉冲都会传递具有所需特性的光子。到目前为止，光子的纠缠通常发生在特殊的非线性晶体中。缺点：光粒子是随机产生的，且无法控制。这也限制了捆绑成集体状态的粒子数量。”
科学家使用的方法可以产生任意数量的纠缠光子。它也很高效：我们通过测量产生的光子链证明了几乎 50% 的效率。
托马斯 说过, “这意味着：几乎每秒钟在铷原子上‘按一下按钮’都会产生一个可用的光粒子——远远超过之前实验所取得的成果。”
导演格哈德·伦佩表示， “总而言之，我们的工作消除了通往可扩展、基于测量的道路上长期存在的障碍 量子计算设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
MPQ 的研究人员希望消除另一个障碍。例如，复杂的计算机操作需要两个原子作为谐振器中的光子源。根据量子物理学家的说法，存在一个二维簇态。
菲利普·托马斯说， “我们已经在努力解决这项任务。”
杂志参考：
- 托马斯，P.，鲁西奥，L.，莫林，O. 等人。从单个原子有效生成纠缠多光子图态。 自然 608, 677–681 (2022)。 DOI： 10.1038/s41586-022-04987-5
