科学家在量子信息传递方面取得进展

器件的扫描电子显微照片，显示带有电极（黄色）和光子电路（红色）的机械悬浮光机晶体（蓝色）。

加州大学圣塔芭芭拉分校的科学家正在量子信息传递方面取得进展。他们最近发表了一项新研究，该研究描述了一种纳米机械换能器，该换能器在微波信号和光学光子之间提供了强而连贯的耦合。

加利福尼亚州圣塔芭芭拉–光纤使通信比以往任何时候都快，但是下一步涉及到量子飞跃–从字面上看。为了提高信息传输的安全性，科学家们正在研究如何将电量子态转换为光量子态，从而实现超快的量子加密通信。

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究团队展示了这一过程中可能是最具挑战性的第一步。发表在《自然物理学》上的论文描述了一种纳米机械换能器，可在微波信号和光学光子之间提供强而连贯的耦合。换句话说，换能器是用于将电信号（微波）转换为光（光子）的有效管道。

当今的高速互联网将电信号转换为光并通过光纤发送，但是利用量子信息来完成此任务是量子物理学中的巨大挑战之一。如果实现，这将实现安全的通信，甚至实现量子隐形传态，这是一个可以将量子信息从一个位置传输到另一个位置的过程。

UCSB物理系的博士后研究员JörgBochmann说：“现在，科学界正在做出巨大的努力来构建可运行于量子物理学原理的计算机和网络。”“而且我们发现实际上存在一种将电量子态转换为光学量子态的方法。”

压电光机晶体中的电光机转导示意图。

新论文概述了这一概念，并提出了一种原型设备，该设备使用在压电材料中实现的光机械晶体，该晶体与超导量子位（经典位的量子模拟）兼容。在单声子极限下操作设备，科学家们能够在电信号，超高频机械振动和光信号之间产生连贯的相互作用。

尽管换能器的第一个原型尚未在量子领域中使用，但实际上，这是研究工作的下一步。“在本文中，我们使用经典的电信号和光信号对系统进行了表征，发现基本参数看起来非常有前途，” Bochmann说。“下一步，我们将不得不从电气方面实际输入量子信号，然后检查光中是否保留了量子特性。”

这组作者说，他们的原型换能器与超导量子电路完全兼容，非常适合低温操作。UCSB加州大学纳米系统研究所的物理学教授兼副主任安德鲁·克莱兰德（Andrew Cleland）说：“系统的耦合动力学在低温下应与室温下的温度相同，尽管其热本底较低。” 。当我们将超导量子比特耦合到换能器时，就会出现真正的量子特征和非经典的机械状态。

克莱兰德说：“我们相信，将光机械学与超导量子设备相结合将使新一代具有独特功能的片上量子设备成为现实，并为实现电子和光子量子系统的纠缠网络开辟一条令人兴奋的途径。”

出版物：Joerg Bochmann等人，“微波与光子之间的纳米机械耦合”，自然物理学，2013年； doi：10.1038 / nphys2748

图片：UCSB的Joerg Bochmann和Amit Vainsencher