新颖的“量子长笛”可实现光子一起移动
近日发表于《自然·物理学》期刊上的一篇文章中，科学家们介绍了一种新颖的“量子长笛”（quantum flute），特点是能够诱使光子同步移动、并相互作用。尽管这在自然界中几乎从未发生过，但该设备还是有望帮助改进未来的量子计算机设计。 * dE^-dm#
Se^^E.Z,W
与同名乐器类似，这款“量子长笛”的本体也是一块金属、中间有个长空腔，并在表面留有一系列开孔。 `x 8B n"
E0f{iO ;}
[attachment=113346] 93%{scrm
不同的是，这款装置并非为声学应用、而是专为光学应用而设计。研究一作 David Schuster 表示： Y>6.t"?Q^
C*~aSl 7
与在乐器中一样，你能够在整个物体上发送一个或多个波长的光子。 f4t .f*#
! >.vh]8g
每个波长都会产生一个‘音符’，而我们可将之用于编码量子信息。 M].8HwC +
y=N"= Z
研究团队称，这些不同的“注释”，可以像数据的量子比特（qubits）一样工作。 9M$/=>^
Z
}7/e8 O2
这意味着它们可被用于为量子计算机打造新型内存、或帮助纠正这项技术容易出现的错误。 %CH 6lY=lI
$g8}^1
[attachment=113349] l J
实验系统示意图 *YV
S|6bs
实验期间，研究人员得以使用超导电路作为主量子位，同时控制多达五个“音符”（量子比特）的相互作用。 C".1+ Um
6 vs 3O
这表明，在扩大了系统规模后，它可极大地简化未来量子计算机的控制方式。 Ww9;UP'G
.(Y6$[#@
[attachment=113350] 70gg 4BS
使用最优策略对量子比特进行通用控制 J1F{v)T '?
David Schuster 解释称：“如果你想要打造一台拥有 1000 个量子比特的计算机，并希望通过一个量子位来控制所有这些量子比特，那其价值也会被充分彰显”。 YcM;S
P~7.sM
至于实验用的这块钻有孔的量子槽，它能够捕获并操纵不同波长的光子来编码量子信息。但它最奇特的地方，就在于做到了自然界中极为罕见的事情。 ~UMOT!4}3
W
Ox_y,
[attachment=113348] QTJu7^ O9
通过光子阻滞产生多模 N 体相互作用 {[OwMk
这些光粒子通常不会相互作用，意味着它们会直接略过、甚至相互穿过。但在某些条件下，它们偶尔可以成对相互作用。 HCnf2td
#gZ|T
M/h
而在新装置中，研究团队设法成功地让系统中的所有光子，在能量达到了临界点后立即相互作用。 H
o y7RC&
b5`KB75sbo
[attachment=113347] v548ysE)
多模式 Wigner 断层扫描 CY"i-e"q<Q
David Schuster 补充道：“通常情况下，大多数粒子的相互作用都是一对一的 —— 或相互弹跳、或相互吸引”。 5~VosUp e7
G?)vWM`j
如果你加入第三个粒子，它们通常仍会按顺序与其中一个交互 —— 但新系统让所有粒子都同时互动。 nfE@R."A
!q /5yEJ>h
最后，研究团队表示，随着量子计算机的发展，这种不新厂的群体行为，有望开启物理学或其它以往可能未观察到的量子现象的新方法。 D' i6",Z >
.XH8YT42
相关链接：https://www.nature.com/articles/s41567-022-01630-y BW K IbG
$[CA&Y.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.107701 F'W>
8
oK+Lzb\d{M
https://phys.org/news/2022-07-scientists-quantum-flute-particles.html
|