科学家制造可大规模生产的微型量子存储元件
光脉冲可以在玻璃池中存储和检索，玻璃池中充满了铷原子，尺寸只有几毫米。图片来源：巴塞尔大学物理系/Scixel
巴塞尔大学的研究人员已经建立了一个基于微小玻璃电池中原子的量子存储元件。未来，这种量子存储器可以在晶圆上大规模生产。
很难想象没有互联网或移动电话网络等网络的生活。未来，类似的网络计划用于量子技术，这些技术将能够使用量子密码学实现消息的防窃听传输，并使量子计算机相互连接成为可能。
与传统的量子网络一样，这种量子网络需要内存元件，其中信息可以根据需要临时存储和路由。由Philipp Treutlein教授领导的巴塞尔大学研究小组现在已经开发出这种记忆元件，它可以微加工，因此适合大规模生产。他们的研究结果发表在《物理评论快报》上。
光子储存在玻璃电池中
光粒子特别适合传输量子信息。光子可用于通过光缆向卫星或量子存储元件发送量子信息。在那里，光子的量子力学状态必须尽可能精确地存储，并在一定时间后转换回光子。
两年前，巴塞尔的研究人员证明，使用玻璃电池中的铷原子可以很好地工作。“然而，那个玻璃细胞是手工制作的，有几厘米大小，”博士后Roberto Mottola博士说。“为了适合日常使用，这种细胞需要更小，并且适合大量生产。
这正是Treutlein和他的合作者现在所取得的成就。为了使用一个体积小得多、只有几毫米的电池，这是他们从原子钟的大规模生产中获得的，他们需要开发一些技巧。尽管电池尺寸很小，但为了拥有足够数量的铷原子进行量子存储，他们必须将电池加热到100°C以增加蒸气压。
此外，他们将原子暴露在1特斯拉的磁场中，比地球磁场强10,000倍以上。这改变了原子能级，从而促进了使用额外激光束对光子的量子存储。这种方法允许研究人员将光子存储约100纳秒。在那段时间里，自由光子将传播 30 米。
单个晶圆上的 1,000 个量子存储器
“通过这种方式，我们首次为光子构建了一个微型量子存储器，可以在单个晶圆上并行生产约1,000个副本，”Treutlein说。
在目前的实验中，使用强衰减激光脉冲证明了存储，但在不久的将来，Treutlein与纳沙泰尔的CSEM合作，也希望在微型电池中存储单个光子。此外，玻璃电池的格式仍然需要优化，以便在保持其量子态的同时尽可能长时间地存储光子。
更多信息：Roberto Mottola 等人，微加工铷蒸气电池中的光学存储器，物理评论快报 （2023）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.131.260801.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2307.08538
期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv