光与物质间的首次隐形传态

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研究人员终于将存储在光束中的信息隐形传态到原子云中,这在可预见的未来,几乎和被“星际迷航”中的斯科蒂传送上去一样接近了。更实际地说,这项演示是最终利用量子效应实现超强计算或超安全加密系统的关键。

量子计算机或密码网络将利用纠缠,即两个遥远的粒子共享互补的量子态。在这些设备的某些概念中,作为信息单元的量子态必须以光的形式从一组原子转移到另一组原子。由于测量任何量子态都会破坏它,因此不能简单地测量和复制该信息。研究人员早就知道,可以通过一种称为隐形传态的过程来巧妙地解决这个障碍,但他们之前只在光束之间或原子之间演示过这种方法。

为了迈出下一步,尤金·波尔齐克和他在哥本哈根尼尔斯·玻尔研究所的同事们将一束强激光束照射到室温铯原子云上,这些铯原子的自旋都指向相同的方向,并根据给定的量子态波动。激光与原子云的集体自旋纠缠在一起,这意味着激光和气体的量子态具有相同的振幅,但相位相反。目标是将第二束光束的量子态转移或隐形传态到原子云上。


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为了做到这一点,该小组将第二个较弱的激光脉冲与强激光混合,并将叠加的光束分成两臂。一个臂中的探测器测量了光束振幅的总和,第二个臂中的探测器测量了它们相位之间的差异。这两个测量都没有干扰光和铯之间脆弱的纠缠态。但研究人员可以使用这些结果对铯蒸气施加精确的磁场,有效地抵消了整体的原始自旋态,并将其替换为与弱脉冲极化相对应的自旋态,正如他们在10月5日《自然》杂志上报道的那样。

“关键是要能够产生高效的纠缠,这样每次我按下按钮,都能得到这种纠缠态,”波尔齐克说。他说,他的团队通过迫使激光和原子仅在高频下相互作用,排除了大多数会破坏纠缠过程的噪声源。波尔齐克解释说,由此产生的效率使他们能够在室温下进行实验。“这就是它非常吸引人的地方。与超冷气体储层相比,这足够便宜,”他说。

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