物理学家尝试利用单光子创造复杂的光结构

物理学家尝试利用单光子创造复杂的光结构"简单地说，量子点就是一个半导体材料的小岛，"Steindl这样解释他的论文主题。"因为它只有几纳米大小，所以能感受到量子效应，就像原子一样。研究人员把这个量子点放在一个光学微腔中，以便更有效地操纵它。我们可以把这个空腔想象成两面相对的镜子。激光在它们之间来回反弹。量子点并不喜欢与光相互作用，但光腔使它更有可能与光相互作用，因为激光会多次通过量子点。"彼得-斯坦德尔。资料来源：莱顿大学Steindl解释说，这种巧妙的装置可以用来制造单光子。"共振激光将量子点中的电子从基态激发到更高的能态。当电子回到基态时，量子点就会发出单光子。微腔很方便地将这个光子引向我们装置的其他部分。不过，我们面临的挑战是如何将这个光子与激光分离。它的波长与激光相同，但偏振略有不同。你可以利用这一特性将光子分离出来。在我攻读博士学位期间，我探索并改进了这项技术。"获得单光子只是研究的第一步。"当拥有高质量的单光子（光粒子）时，它就有点像砖块，"他这样描述自己的工作。"有了砖块，你就可以开始盖房子了。我的目标是将单个光子组合起来，构建复杂的光结构。例如，我们创造了一个由多个纠缠光子组成的链。纠缠的意思是，它们紧密相连，你无法再独立地描述一个光子和另一个光子。我们希望更好地理解这些新的光状态。"单光子物理学单光子物理学是一个相对较新的领域。20世纪70年代，物理学家首次成功分离出一个光子。然而，这些单光子源的效率和稳定性都还不高。技术的发展，如在光学微腔中使用量子点，使得控制单光子的产生变得更加容易。微腔的另一个好处是，光子以较高的速度射出，确保其更好地保持状态。这就产生了高质量的单光子，非常适合Steindl所研究的结构。Steindl的愿景是最终将这些新型光结构用于量子通信："我们知道，单光子在安全和身份验证方面非常有用。例如，你可以从分光镜的不同位置发送两个相同的单光子。如果这些光子以改变的状态或不同时到达，你就知道有窃听者。这项研究也可能被证明对建造量子计算机有用。一个基本组件是量子门，但它们很难制造。有了这种研究中的结构，就不需要这些了。我觉得建造这些光结构完全令人惊叹。能做到这一点的事实令人匪夷所思。我们可以在如此深的层次上理解物理学。虽然这很吸引人，但量子应用的潜力对我来说几乎只是副作用。从文学转向量子也许是迈出的一大步，但它足以让我兴奋数年，我还没有厌倦。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400909.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400909.htm

物理学家建造了一个量子“热泵”来检测暗物质

物理学家建造了一个量子“热泵”来检测暗物质荷兰代尔夫特理工大学的物理学家已经建造了一个由光粒子制成的量子规模的“热泵”。这个装置使科学家们更接近测量无线电频率信号的量子极限，这在寻找暗物质的过程中非常有用。如果你把两个不同温度的物体放在一起，比如把一瓶热的白葡萄酒放入一个冷的冰袋中，热量通常会朝一个方向流动，从热的（酒）流向冷的（冰袋）。如果你等待的时间足够长，两者都会达到相同的温度。这是一个在物理学中被称为达到平衡的过程：热流的一个方向和另一个方向之间的平衡。如果你愿意做一些工作，你可以打破这种平衡，使热量以"错误"的方式流动。这就是你的冰箱用来保持食物低温的原理，也是高效热泵的原理，它可以从外面的冷空气中获取热量来温暖你的房子。在他们的新研究中，GarySteele和他的同事展示了一个“热泵”的量子类似物，使光的基本量子粒子，即光子，从一个热物体“逆流”到一个冷物体。这项研究由来自代尔夫特理工大学、苏黎世联邦理工学院和图宾根大学的物理学家们进行。他们的工作于8月26日作为一篇开放性文章发表在《科学进展》杂志上。暗物质信号尽管物理学家们在之前的研究中已经将他们的设备用作热射频光子的“冷水浴”，但他们现在已经设法同时将其变成了一个“放大器”。有了内置的“放大器”，该装置对射频信号更加敏感。这就像从超导量子处理器出来的放大的微波信号所发生的一样。“这非常令人兴奋，因为我们可以更接近测量射频信号的量子极限，这些频率在其他方面很难测量。这种新的测量工具可能有很多应用，其中之一是寻找暗物质，”Steele说。该装置被称为光子压力电路，由冷却到只比绝对零度高几毫度的硅芯片上的超导电感和电容构成。虽然这听起来温度很低，但对于电路中的一些光子来说，这个温度是非常热的，它们被激发出热能。利用光子压力，科学家们可以将这些被激发的光子与更高频率的冷光子耦合，在以前的实验中，这使得他们能够将热光子冷却到其量子基态。在这项新工作中，物理学家们增加了一个新的转折点：通过向冷电路发送一个额外的信号，他们能够创造一个“马达”，放大冷光子并将其加热。同时，额外的信号将光子优先“泵送”到两个电路之间的一个方向。通过在一个方向比另一个方向更用力地推动光子，研究人员能够将电路的一部分的光子冷却到比另一部分更冷的温度，为超导电路中的光子创造一个量子版的“热泵”。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309247.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309247.htm

物理学家观测到“不可观测”的量子相变

物理学家观测到“不可观测”的量子相变1935年，两位当时最著名的物理学家爱因斯坦和薛定谔就现实本质产生了争论。爱因斯坦认为宇宙是局域性的，一个地方发生的事情不会立即影响遥远的另一个地方。薛定谔认为量子纠缠与局域性的假设相悖。当一对粒子发生纠缠时，测量其中一个粒子会立即影响到另一个粒子，无论它身在何处。这违背了爱因斯坦关于传播速度无法超越光速的铁令。爱因斯坦不喜欢不受范围限制的纠缠，他将其称之为幽灵，认为量子力学理论是不完整的。今天的物理学家基本上解决了该问题，纠缠不会在遥远的地方产生立即的影响，它无法在遥远距离上实现特定结果：它只是传播该结果的知识。过去几年一系列的理论和实验研究揭示了纠缠的新面孔：它不是成对出现，而是以粒子星图的形式出现。纠缠通过一组粒子自然传播，建立了一个复杂的临时网。如果你测量粒子的频率足够多，你能阻止网的形成。这种网状非网状的状态令人想起物质的液态固态。网状与非网状的转变代表着信息结构的变化，这是信息的相变。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

BNL物理学家发现了一种全新的量子纠缠类型

BNL物理学家发现了一种全新的量子纠缠类型一对粒子可以变得如此相互纠缠，以至于无论它们之间的距离有多远，都不能脱离另一个来描述。更奇怪的是，改变一个粒子会立即引发其伙伴的变化，即使它在宇宙的另一端。这个被称为量子纠缠的想法对我们来说是不可能的，因为我们是在经典物理学的领域里。甚至爱因斯坦也对此感到不安，将其称为"远距离的幽灵行动"。然而，几十年来的实验一直支持它，它构成了量子计算机和网络等新兴技术的基础。通常情况下，对量子纠缠的观察是在性质相同的一对光子或电子之间进行的。但现在，BNL团队首次检测到了一对正在进行量子纠缠的不同粒子。这一发现是在布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）中进行的，该对撞机通过加速和粉碎金离子来探测早期宇宙中存在的物质形式。但研究小组发现，即使在离子没有碰撞的情况下，也有很多东西可以从近距离的碰撞中学习。布鲁克海文实验室相对论重离子对撞机中的探测器，在这里发现了一种新型的量子纠缠加速的金离子被小的光子云所包围，当两个离子相互靠近时，其中一个的光子可以捕捉到另一个内部结构的图像，比以往任何时候都更详细。这一点对物理学家来说就足够吸引人了，但这只能发生在一种前所未有的量子纠缠形式下。光子与每个离子核内的基本粒子相互作用，引发了一个级联，最终产生了一对叫做"离子"的粒子，一个是正的，一个是负的。正如你可能记得的高中物理，一些粒子也可以被描述为波，在这种情况下，来自两个负离子的波相互加强，而来自两个正离子的波则相互加强。这推动了研究人员打造出只有一个正离子和一个负离子的波函数撞击检测器。这表明每一对正负离子都是相互纠缠在一起的。该团队说，如果它们不是这样，撞击探测器的波函数将是完全随机的。因此，这是首次探测到不同粒子的量子纠缠。一张图说明了新发现的量子纠缠类型是如何被检测到的。黄色的圆圈是金离子，蓝色和粉色的圆圈分别是正离子和负离子。来自每个离子的电波加强了来自另一个离子的相同离子的电波，因此它们以两个强烈的信号击中了检测器，在图像的顶部被视为蓝色和粉红色电波的集中。这只有在来自每个离子的正负离子以一种以前未曾见过的形式进行量子纠缠时才能起作用。说明新发现的量子纠缠类型是如何被检测到的图表。黄色的圆圈是金离子，蓝色和粉红色的圆圈分别是正离子和负离子。来自每个离子的电波加强了来自另一个离子的同一质子的电波，因此它们以两个强烈的信号击中了检测器，在图像的顶部被视为蓝色和粉红色电波的集中。这只有在每个离子的正负离子是量子纠缠的情况下才能起作用，其形式是以前没有见过的。图像来源/布鲁克海文国家实验室"我们测量两个流出的粒子，显然它们携带的电荷是不同的，证明它们是不同的粒子，但是我们又看到了干扰模式，表明这些粒子是纠缠在一起的，或者说是彼此同步的，尽管它们是可区分的粒子，"该研究的作者ZhangbuXu说。除了扩大我们对量子物理学的理解外，这一发现还能带来新的技术，比如该团队一直在使用的窥视金离子核内部的方法。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337873.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337873.htm

物理学家实现分子的量子纠缠

物理学家实现分子的量子纠缠物理学家首次实现了对分子的量子纠缠。这一突破可能有助于推动量子计算的实用化。论文发表在《科学》期刊上。实现可控的量子纠缠一直是一大挑战，这次实验之前分子的可控量子纠缠一直无法实现。普林斯顿大学的物理学家找到了方法控制单个分子诱导其进入到互锁量子态。研究人员相信相比原子，分子具有优势，更适合量子信息处理和复杂材料量子模拟等应用。相比原子，分子有更多的量子自由度，能以新方式交互。论文合作者YukaiLu指出这意味着存储和处理量子信息的新方法。来源，，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

物理学家利用振动来防止量子计算中的信息丢失

物理学家利用振动来防止量子计算中的信息丢失密歇根州立大学的研究人员发现了如何利用振动（通常是量子计算中的障碍）作为稳定量子态的工具。他们的研究为控制量子系统中的环境因素提供了见解，并对量子技术的发展产生了影响。当量子系统（如量子计算机中使用的量子系统）在现实世界中运行时，它们可能会因机械振动而丢失信息。然而，由密歇根州立大学领导的新研究表明，更好地理解量子系统与这些振动之间的耦合关系可以用来减少损失。这项发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上的研究可以帮助改进IBM和Google等公司目前正在开发的量子计算机的设计。振动问题密歇根州立大学博士生乔-基茨曼（JoeKitzman）说："每个人都对建造量子计算机来回答真正困难和重要的问题感到非常兴奋。但振动激发真的会把量子处理器搞得一团糟。"然而，通过发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上的新研究，基茨曼和他的同事们表明，这些振动并不一定是阻碍。事实上，它们可能有利于量子技术。"如果我们能够理解振动是如何与我们的系统耦合的，我们就可以将其作为一种资源和工具，用于创建和稳定某些类型的量子态，"基茨曼说。量子技术的好处这意味着研究人员可以利用这些成果帮助减少量子比特或量子比特（读作"qbits"）丢失的信息。传统计算机依赖于清晰的二进制逻辑。比特以两种不同的可能状态之一（通常表示为0或1）来编码信息。而Qubits则更加灵活，可以同时存在于0和1两种状态。虽然这听起来像是作弊，但它完全符合量子力学的规则。尽管如此，在解决科学、金融和网络安全等多个领域的某些问题时，量子计算机的这一特性应该会比传统计算机更具优势。进一步的影响和实验除了对量子技术的影响，MSU领导的团队的报告还有助于为未来的实验奠定基础，以便更好地探索量子系统。MSU物理与天文学系杰里-考恩物理学捐赠讲座教授约翰内斯-波拉南（JohannesPollanen）说："理想情况下，想把你的系统与环境分开，但环境始终存在。它几乎就像你不想处理的垃圾，但当你处理它时，你可以了解量子世界的各种精彩元素。"量子系统和新兴技术Pollanen还领导着自然科学学院的混合量子系统实验室，Kitzman也是该实验室的成员之一。在Pollanen和Kitzman领导的实验中，研究小组建立了一个由超导量子比特和所谓的表面声波谐振器组成的系统。这些量子比特是开发量子计算机的公司中最受欢迎的品种之一。机械谐振器用于许多现代通信设备，包括手机和车库门开启器，而现在，像波拉宁这样的研究小组正在将它们用于新兴的量子技术。研究小组的谐振器使研究人员能够调整量子比特所经历的振动，并了解两者之间的机械相互作用如何影响量子信息的保真度。Pollanen说："我们正在创建一个范例系统，以了解这种信息是如何被扰乱的。我们可以控制环境，在这种情况下，可以控制谐振器中的机械振动，也可以控制量子位"。"如果你能了解这些环境损耗是如何影响系统的，你就可以利用这一点，"基茨曼说。"解决问题的第一步就是了解问题"。Pollanen说，MSU是仅有的几个有设备和人员在这些耦合量子比特-机械谐振器装置上进行实验的地方之一，研究人员很高兴能利用他们的系统进行进一步的探索。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378577.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378577.htm