新技术“转导”不同量子信息模式

铷原子电子能级示意图。图片来源：库玛

美国科学家在最新一期《自然》杂志刊文指出，他们利用铷原子，让量子信息在不同技术之间转换，新方法能将量子信息从量子计算机使用的格式转换为量子通信所需格式，对量子计算、通信和网络等多个领域具有重要意义。

光子（光的粒子）对量子信息技术至关重要，不同技术在不同频率下使用它们，如谷歌和IBM公司使用的超导量子比特将量子信息存储在以微波频率移动的光子中。但是想创建一个量子网络，或让量子计算机相连，就不能发送微波光子，因为在微波频率下，这些量子信息会被热噪声掩盖。

解决方案是将量子信息传输给更高频率的光学光子，后者能更好地应对环境噪声。但量子信息不能直接从一个光子传递到另一个光子，需要“中间人”。一些科学家利用固态器件充当中间人，而芝加哥大学博士后艾西瓦娅·库玛等人则采用原子来解决这一问题。

原子中的电子只被允许拥有特定的能量（能级），处于较低能级的电子可被光子激发到较高能级。而处于较高能级的电子被迫下降到较低能级时，原子就会发射出一个光子。

在最新实验中，库玛等人用到了铷原子，其能级恰好有两个缺口：一个缺口正好等于微波光子的能量，另一个缺口恰好等于光学光子的能量。研究团队通过利用激光改变铷原子的电子能量，从而使原子能吸收具有量子信息的微波光子，然后发射具有该量子信息的光学光子。这种不同量子信息模式之间的转换被称为“转导”。

库玛指出，这项技术可将量子信息从微波光子转移到光学光子，反之亦然，因此，它可作为量子互联网的基本组成部分。更重要的是，最新技术的核心是发生强烈纠缠的原子和光子，而纠缠是包括量子计算、模拟、剂量和原子钟等在内的几乎所有量子技术的核心，因此，最新技术有望在多个领域“大显身手”。