2022 年 3 月 22 日研究人员将一个量子比特存储了创纪录的 20 毫秒日内瓦 大学晶体用于存储光子量子比特，并在低温恒温器中被激光照亮，低温恒温器是一种用于获得低温温度的仪器。学分：安东尼奥·奥尔图计算机、智能手机、GPS：量子物理学促成了许多技术进步。它现在正在开辟密码学（信息编码艺术）的新研究领域，旨在开发超安全的电信网络。然而，有一个障碍：在光纤中几百公里之后，携带量子比特或“量子比特”（信息）的光子消失了。因此，他们需要“中继器”，一种部分基于量子存储器的“中继器”。日内瓦大学 (UNIGE) 的一个团队通过设法将一个量子比特在晶体（“内存”）中存储 20 毫秒，创造了一项世界纪录，并朝着长距离量子电信网络的发展迈出了重要一步。.在 20 世纪发展起来的量子物理学使科学家们能够描述原子和粒子的行为以及电磁辐射的某些特性。通过打破经典物理学，这些理论产生了一场真正的革命，并引入了宏观世界中没有等价物的概念，例如叠加，描述了一个粒子同时在多个地方的可能性，或者纠缠，描述了两个粒子的能力即使在远处也会立即相互影响（“远处的幽灵行动”）。

量子理论现在是密码学研究的核心，密码学是一门将信息编码技术结合在一起的学科。当信息通过光纤内的光粒子（光子）在两个对话者之间传输时，量子理论可以保证信息（量子比特）的完美真实性和机密性。叠加现象让发送者立即知道传递信息的光子是否被截获。

记忆信号

然而，长距离量子通信系统的发展存在一个主要障碍：超过几百公里，光子丢失，信号消失。由于信号不能被复制或放大——它会失去保证其机密性的量子状态——挑战在于找到一种方法来重复它而不改变它，特别是基于量子存储器创建“中继器”。

2015 年，由日内瓦大学理学院（UNIGE）应用物理系高级讲师 Mikael Afzelius 领导的团队，成功地将光子携带的量子比特在晶体中存储了 0.5 毫秒（a “记忆”）。这个过程允许光子在消失之前将其量子态转移到晶体的原子上。然而，这种现象并没有持续足够长的时间来构建更大的记忆网络，而这是发展长距离量子电信的先决条件。存储记录

今天，在欧洲量子旗舰计划的框架内，Mikael Afzelius 的团队通过将一个量子比特存储 20 毫秒，成功地显着增加了这一持续时间。“这是基于固态系统的量子存储器的世界纪录，在这种情况下是晶体。我们甚至设法达到了 100 毫秒的标记，保真度略有下降，”研究人员兴奋地说道。与他们之前的工作一样，UNIGE 的科学家们使用掺杂了某些称为“稀土”（在这种情况下为铕）的金属的晶体，能够吸收光然后重新发射。这些晶体保持在 -273,15°C（绝对零），因为超过该温度 10°C，晶体的热搅动会破坏原子的纠缠。

“我们向晶体施加了千分之一特斯拉的小磁场，并使用了动态去耦方法，其中包括向晶体发送强烈的无线电频率。这些技术的效果是将稀土离子从扰动中分离出来。环境并将我们迄今为止已知的存储性能提高了近 40 倍，”UNIGE 应用物理系的博士后研究员 Antonio Ortu 解释说。这项研究的结果构成了长距离量子电信网络发展的重大进步。它们还将光子携带的量子态的存储带到了人类可以估计的时间尺度。

10年的高效系统

然而，仍有一些挑战需要解决。“现在的挑战是进一步延长存储时间。理论上，增加晶体暴露于无线电频率的持续时间就足够了，但目前，在较长时间内实施它们的技术障碍阻止了我们不会超过 100 毫秒。但是，可以肯定的是，这些技术难题是可以解决的，”Mikael Afzelius 说。

科学家们还必须找到设计存储器的方法，该存储器一次能够存储多个光子，因此具有“纠缠”的光子，这将保证机密性。“我们的目标是开发一个在所有这些方面都表现良好并且可以在十年内上市的系统，”研究人员总结道。