为开发长距离量子通信网络奠定重要基础

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据物理学家组织网22日报道，瑞士日内瓦大学研究人员将一个量子比特存储在一个晶体内，持续时间长达20毫秒，创下新世界纪录，为开发出长距离量子通信网络奠定了重要基础。

量子通讯和量子加密技术已经成为提高通信安全的重要基石。当信息（量子比特，量子计算和量子信息的基本单元）通过光纤中的一个光子在两个对话者之间传输时，量子理论可以确保量子比特的真实性和保密性。但建立远程量子通信系统存在一个主要障碍：传输几百公里后，光子会丢失，信号也因此消失，为此，基于量子存储器的“中继器”由此而生，为使中继器能更好地发挥作用，需要让储存量子信息的时间持续长一点。

2015年，日内瓦大学米凯尔·阿夫泽利乌斯领导的团队成功将由一个光子携带的量子比特在晶体（存储器）内储存0.5毫秒。在此过程中，光子在消失之前可将其量子态转移到晶体的原子上，但这一持续时长不足以构建更大的存储网络，而后者是研发远程量子通信的先决条件。

最新研究中，在欧洲量子旗舰计划框架内，米凯尔·阿夫泽利乌斯团队成功将一个量子比特存储了20毫秒。为此，他们使用了掺有铕的晶体，这种晶体能够先吸收光再发光。

团队称：“我们在晶体上施加了千分之一特斯拉的小磁场，并使用了动态解耦方法，包括向晶体发送强烈的射频，旨在让稀土离子脱离环境扰动，并将存储性能提高近40倍。”

阿夫泽利乌斯表示：“这是基于固态系统（晶体）的量子存储器的世界纪录，在保真度略有损失的情况下，我们甚至可让时长达到100毫秒，这是远程量子通信网络领域的重大进展。”

尽管如此，他们仍有不少问题需要解决，比如进一步延长存储时间，在确保不失真的情况下，让存储持续时长超过100毫秒。此外，他们还必须设计出一次能存储超过一个光子（使光子发生“纠缠”）的新型存储器，“我们的目标是开发出一个在所有这些方面都表现良好的系统，并于十年内推向市场。”