专家首次在晶体中精确定位单个稀土离子

近日，马普量子光学研究所（MPL）的专家团队首次成功在晶体中精确定位单个稀土离子，并准确测量了其量子力学的能量状态。这一研究使得在离子中存储量子信息成为可能，将对未来量子计算机的研发产生重大贡献。

世界范围内，很多学者都在研究构建未来的量子计算机的模块。其中，量子系统是关键要素，量子点或光吸收缺陷（色心）是目前许多研究者关注的焦点。但是，稀土离子发出的光非常小，很难被检测到。借助精密激光和显微镜技术，专家们经过六年多的深入研究，在硅酸钇晶体中把3价镨离子（Pr3+）精确定位在几纳米，并以前所未有的精度测量了其光学特性。

科学家们用激光来激发晶体中的单离子，并观察他们如何在一段时间之后以光线的形式再次放出能量。由于稀土离子受晶体的热学和声学振动影响不强烈，其部分能量状态异常稳定，需要一分多钟才回到基态，这比大多数今天研究的量子系统时间长数百万倍。量子信息存储在一个原子或离子的不同能量状态时，镨离子可作为量子计算机的存储器。

将来研究人员用纳米天线和微谐振器把镨信号加强几百或几千倍，每秒响应的单个离子小于100个光子，届时离子的信号可以更容易地被看到。