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。 ^uC"df H
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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。 Uc\|X;nkRk
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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： B"7$!C o
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与在乐器中一样，你能够在整个物体上发送一个或多个波长的光子。 A,3@j@bdy
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每个波长都会产生一个‘音符’，而我们可将之用于编码量子信息。 _2]e1_=
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研究团队称，这些不同的“注释”，可以像数据的量子比特（qubits）一样工作。 tU9rCL:P
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这意味着它们可被用于为量子计算机打造新型内存、或帮助纠正这项技术容易出现的错误。 P=f<#l"v
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实验系统示意图 2dv|6p
实验期间，研究人员得以使用超导电路作为主量子位，同时控制多达五个“音符”（量子比特）的相互作用。 )W[KD,0+j
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这表明，在扩大了系统规模后，它可极大地简化未来量子计算机的控制方式。 3Qqnw{*
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使用最优策略对量子比特进行通用控制 p3V9ikyy
David Schuster 解释称：“如果你想要打造一台拥有 1000 个量子比特的计算机，并希望通过一个量子位来控制所有这些量子比特，那其价值也会被充分彰显”。 NFdJb\
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至于实验用的这块钻有孔的量子槽，它能够捕获并操纵不同波长的光子来编码量子信息。但它最奇特的地方，就在于做到了自然界中极为罕见的事情。 xnl<<}4pJ
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通过光子阻滞产生多模 N 体相互作用 fG u5%T,
这些光粒子通常不会相互作用，意味着它们会直接略过、甚至相互穿过。但在某些条件下，它们偶尔可以成对相互作用。 sqm%iyC=q
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而在新装置中，研究团队设法成功地让系统中的所有光子，在能量达到了临界点后立即相互作用。 vN{vJlpY
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多模式 Wigner 断层扫描 ^JYF1
David Schuster 补充道：“通常情况下，大多数粒子的相互作用都是一对一的 —— 或相互弹跳、或相互吸引”。 ,$hQ(yF
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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。 k$9Gn9L%
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最后，研究团队表示，随着量子计算机的发展，这种不新厂的群体行为，有望开启物理学或其它以往可能未观察到的量子现象的新方法。 d/0/$Bz}P
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相关链接：https://www.nature.com/articles/s41567-022-01630-y yC 9:sQ'k
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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.107701 R *JOiVAC
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https://phys.org/news/2022-07-scientists-quantum-flute-particles.html
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