微型激光表演照亮量子计算

杜克大学和威斯康星大学麦迪逊分校的合作研究人员演示了一种能把光脉冲瞄准并聚焦在单个原子上的新激光导向系统，该技术可用于量子计算机。

据美国物理联合会出版的《应用物理快报》报道，此新系统有点象摇滚音乐会和天文馆使用的激光投影灯。但它更小，更快，具有原子尺度的准确性，旨在计算的未来而不是娱乐。

从理论上说，量子计算机将能解决非常复杂和重要的问题，前提是它们的基本单位，被称为量子比特，能保持在一个特殊的“量子纠缠”状态足够长时间，以致计算能在自然涨落丢失信息之前得以进行。一种颇具希望的量子计算途径是采用由电磁力悬停的单个原子阵列。激光脉冲操纵着代表量子比特的原子内部状态来进行计算。然而激光必须聚焦并十分准确地瞄准在一个原子而不影响到其近邻原子。

新系统就是这样做的。每个大小仅是人头发直径两倍的细小微镜仅需5微秒就可瞄向目标原子，这比为光通信交换而开发的复杂光束导向镜要快约1000倍，更不用说那些在灯展上使用的更慢的器件。研究人员看到激光脉冲还正确地操纵了每个目标原子的量子属性 - 在这里是一排五个铷-87原子 --而没有干扰任何邻近原子。它们仅有8.7微米之隔，约人头发直径的十分之一。

“我们的实验演示了我们的微镜系统具有保持激光光束品质这一关键条件，这是操纵各个单原子内部状态所必需的，” 杜克大学微镜系统设计研究人员的领队 Jungsang Kim说。这些原子物理实验是在威斯康星大学麦迪逊分校的Mark Saffman小组内进行的。

研究小组们计划继续他们的合作，未来的实验将针对有望成为量子逻辑的基本构建单元的二量子比特门和束缚在更大二维阵列中的原子。

EurekAlert!