在 2022 年 8 月 24 日發表於《自然》雜誌上的一篇文章中，來自馬克斯·普朗克量子光學研究所（MPQ）的一支團隊，詳細介紹了一種高效驅動光量子糾纏的新方法。雖然聽起來有些違反直覺，但數十年來的量子實驗已經充分證明 —— 無論相距多遠，改變其中一個結對粒子的狀態、就會同步改變另一粒子的狀態。
一個銣原子被困在一個由兩個高反射鏡組成的光學諧振器中（渲染圖，來自：MPQ）
受量子糾纏現象的啟發，近年來已有大量團隊投入新興商業技術的開發。
真空狀態下的光學諧振器，單個銣原子被困於支架內的錐形鏡之間。
以量子計算器為例，其中糾纏的例子，就可用於存儲和存儲信息的量子比特。
研究配圖 1 – 實驗設置 / 協議概述
為實現最佳效果，量子計算機需要用到能夠產生大量粒子、並將之糾纏到一起的裝置，但這顯然並非易事。
研究配圖 2 – GHz 狀態
好消息是，MPQ 研究人員找到了一種更可靠的量子糾纏方法，並成功地將 14 個光子糾纏到了一起 —— 這也是迄今為止規模最喜人的“光子簇”。
研究配圖 3 – 集簇狀態
具體說來是，研究團隊從單獨的銣原子開始上手，將它困在一個以特定模式反射電磁波的光學腔中。當被特定頻率的激光擊中時，原子就被賦予了準備就緒的給定特定。
研究配圖 4 – 測得 N 光子重合率
接着研究人員向它發射另一調製脈衝，以使原子發射一個與它糾纏的光子。通過重複該過程，原子便可在每個光子發射之間旋轉，直到產生一整條相互糾纏的“光子鏈”。
擴展數據圖 1 – 詳細的實驗序列
更棒的是，該過程較現有技術的效率更加出眾 —— 產生光子的時間佔比超過 43%，近乎每兩次光脈衝就能產生一個光子。
擴展數據圖 2 – 奇偶性振蕩
儘管對於長期關注量子紀錄的朋友們來說，14 個糾纏量子可能聽起來不算多 —— 畢竟此前科學家已設法通過氣體實驗、實現了數萬億個原子的糾纏 —— 但此類系統並不適用於量子計算機或量子通信。
擴展數據圖 3 – 發射器的相干特性
相比之下，通過常規技術手段產生的光子，其量子應用也要簡單得多。更何況這項新技術頗具效率優勢，意味着後續能夠輕鬆擴展光子的產量。下一步，MPQ 團隊計劃開展至少利用兩個原子的新實驗。
擴展數據圖 4 – vSTIRAP 過程引發的失真
最後，有關這項研究的詳情，已發表於近日出版的《Nature》期刊上，原標題為《Efficient generation of entangled multiphoton graph states from a single atom》。