基於微機械臂的新型量子網路

上圖所示是藝術家對兩個機械振蕩器的藝術化創作，這兩個機械振蕩器通過光干涉儀內的光場進入量子糾纏態。這兩個系統表現出比經典的可能的相關性強，通常稱為遠距離的幽靈作用。這表明工程系統之間的糾纏有助於直接實現量子網路。圖片來源：代爾夫特理工大學納米科學研究所

近年來，納米機械振蕩器已經成為量子信息應用的一個有前景的平台。工程光機械諧振器的量子糾纏將為可擴展量子網路提供一條令人信服的途徑。圖爾夫特大學和維也納大學的研究人員已經觀察到了這種糾纏，並在本周的《自然Nature》雜誌上發表了他們的研究結果。

振動一般會表現為波的形式，但量子力學也預測波運動由稱為聲子的能量的微小離散包組成。2017年9月，圖爾夫特大學和維也納大學的研究團隊展示了利用激光脈衝對這些振動進行量子控制的新水平。他們創造了單獨的聲子激發，並證實了他們的基本粒子方面。這些單聲子的產生和驗證是走向機械運動的全光學量子控制的重要步驟。

現在，他們通過在「電信」光子介導的兩個這樣的微機械諧振器之間產生糾纏，研究已經邁出了重要的一步。這種糾纏被稱為「兩個物體之間的遠距離的行為」，這隻能用量子理論來描述。

「糾纏對於量子通信網路來說是一個至關重要的資源，」圖爾夫特大學納米科學研究所的Simon Gr?blacher教授說。「特別重要的是在遠程量子存儲器之間分配糾纏的能力。以前的實現利用了嵌入在空腔中的原子這樣的系統，但是在這裡，我們介紹了一種純納米加工的固態平台，它是以晶元為基礎的微諧振器的形式——同時限制光和振動的小硅束。通過將單個機械量子的控制擴展到多個器件，我們展示了兩個晶元之間的20微米的微機械器件之間的糾纏。」

所用的器件由微米尺寸的硅束組成。它們以這樣的方式被圖案化，它們的振動可以「寫入」穿過它們的激光脈衝，反之亦然。振動光束由80億個原子組成，每個都是一個細胞的大小，因此可以用放大鏡或顯微鏡很容易地看到。

「納米機械光學器件是一個非常有前途的集成聲子量子信息處理平台，因為該系統的參數，如光轉換波長和量子存儲時間，可以通過設計自由定製。例如，我們故意選擇設備的光波長在電信頻段，這通常用於高帶寬互聯網的分布。因此，我們表明，量子網路可以利用傳統的光纖結合我們的設備來構造，」來自維也納大學的Sungkun Hong博士說。

另一個關鍵優勢是它們的器件可以與其他固態量子系統一起集成在晶元上。例如，作者預計，它們的設備可能與超導量子電路介面，並用作量子「乙太網埠」，在電路和光信號之間傳輸量子信息。

「下一步將是建立一個由更多的波束組成的網路，在幾百米甚至幾百公里的範圍內工作，使我們更接近於實現一個系統，而不是真正的量子應用。」Gr?blacher教授說。「我們認為在今後幾年將會實現這些應用，而且不會有根本性的障礙。」

來源：https://phys.org/news/2018-04-quantum-network-based-micromechanical.html

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