超导纳米线：用于蛋白质离子检测的量子技术大突破

超导纳米线：用于蛋白质离子检测的量子技术大突破用超导纳米线计算单个蛋白质。背景和纳米线是在Photoshop中使用生成填充AI更改的。(人类胰岛素PDB:3I40）与传统探测器相比，超导纳米线探测器还能通过撞击能量区分大分子。这样就能更灵敏地检测蛋白质，并在质谱分析中提供更多信息。这项研究的结果最近发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。质谱技术的进步在生命科学的许多领域，包括蛋白质研究、诊断和分析领域，对大分子的检测、识别和分析都非常有趣。质谱法通常用作一种检测系统--这种方法通常根据带电粒子（离子）的质量电荷比将其分离，并测量检测器产生的信号强度。这就提供了不同类型离子的相对丰度信息，因此也就提供了样品的组成信息。然而，传统的探测器只能对具有高冲击能量的粒子实现较高的探测效率和空间分辨率--一个国际研究小组利用超导纳米线探测器克服了这一限制。超导技术的创新应用在目前的研究中，由维也纳大学协调，与代尔夫特（SingleQuantum）、洛桑（EPFL）、阿尔梅勒（MSVision）和巴塞尔大学的合作伙伴组成的欧洲联合研究小组首次展示了在所谓的四极杆质谱法中使用超导纳米线作为蛋白质束的优秀探测器。来自待分析样品的离子被送入四极杆质谱仪进行过滤。维也纳大学物理系量子纳米物理学组的项目负责人马库斯-阿恩特（MarkusArndt）解释说："如果我们现在使用超导纳米线代替传统的探测器，我们甚至可以识别以低动能撞击探测器的粒子。这得益于纳米线探测器的特殊材料特性（超导性）。"维也纳大学SuperMaMa实验室外景。悬挂的镀金插件是辐射防护罩，超导纳米线探测器就安装在它后面：维也纳大学量子纳米物理学实验室这种探测方法的关键在于纳米线在极低的温度下进入超导状态，在这种状态下，纳米线失去电阻，允许无损电流流动。进入的离子激发超导纳米线，使其恢复到正常导电状态（量子转换）。在这一转变过程中，纳米线电特性的变化被解释为探测信号。第一作者马塞尔-施特劳斯（MarcelStrauß）说："通过我们使用的纳米线探测器，我们利用了从超导态到正常导电态的量子转变，因此可以比传统的离子探测器性能高出三个数量级"。事实上，纳米线探测器在极低的撞击能量下就能产生显著的量子产率，重新定义了传统探测器的可能性。"此外，采用这种量子传感器的质谱仪不仅可以根据分子的质量和电荷状态区分分子，还可以根据分子的动能对其进行分类。"马塞尔-施特劳斯（MarcelStrauß）说："这就提高了检测能力，并为获得更好的空间分辨率提供了可能。"纳米线探测器可以在质谱分析、分子光谱分析、分子偏转测量或分子量子干涉测量等需要高效率和高分辨率的领域找到新的应用，尤其是在低冲击能量条件下。合作与资助单量子公司（SingleQuantum）领导超导纳米线探测器的研究，洛桑联邦理工学院（EPFL-Lausanne）的专家提供超冷电子器件，MSVISION公司是质谱分析领域的专家，巴塞尔大学的专家负责化学合成和蛋白质功能化。维也纳大学凭借其在量子光学、分子束和超导方面的专业知识，将所有组件整合在一起。这项工作由欧盟委员会资助，是SuperMaMa项目（860713）的一部分，该项目致力于研究用于质谱分析和分子分析的超导探测器。戈登和贝蒂-摩尔基金会（Gordon&BettyMooreFoundation）（10771）为分析修饰蛋白质提供了资助。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404053.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404053.htm

纳米光机械腔体有望开启量子计算与通信技术的新领域

纳米光机械腔体有望开启量子计算与通信技术的新领域通过光域和机械域之间的相互作用，光在空腔内直接散射到波导的过程示意图。资料来源：AndréGarciaPrimo/UNICAMP巴西坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）的研究人员与瑞士苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）和荷兰代尔夫特理工大学（TUDelft）的同事合作开展了一项研究，重点研究了纳米光机械腔体在这方面的应用。这些纳米级谐振器可促进高频机械振动与电信业所用波长的红外光之间的相互作用。有关这项研究的文章最近发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上。架起超导电路与光纤之间的桥梁"纳米机械谐振器是超导电路和光纤之间的桥梁。超导电路是目前最有前途的量子计算技术之一，而光纤则通常被用作信息的长距离传输器，噪音小且无信号损失，"格列布-瓦塔金物理研究所（IFGW-UNICAMP）教授、文章最后一位作者蒂亚戈-阿莱格雷（ThiagoAlegre）说。阿莱格雷说，这项研究的关键创新之一是引入了耗散光机械学。传统的光机械装置依赖于纯粹的色散相互作用，在这种情况下，只有局限在腔体内的光子才能被有效地色散。在耗散光机械学中，光子可以直接从波导散射到谐振器。在这项研究之前，耗散光机械相互作用仅在低机械频率下得到证实，这就排除了光子（光学）和声子（机械）领域之间量子态转移等重要应用。这项研究首次证明了耗散光机械系统在机械频率超过光学线宽的情况下运行。"我们成功地将机械频率提高了两个数量级，并将光机耦合率提高了十倍。这为开发更有效的设备提供了非常广阔的前景，"阿莱格雷说。这些装置是与代尔夫特理工大学合作制造的，其设计采用了半导体行业的成熟技术。纳米硅梁悬浮在空中，可以自由振动，这样红外光和机械振动就同时被限制住了。横向放置的波导允许光纤与空腔耦合，从而产生耗散耦合，这正是研究人员所展示成果的关键要素。这项研究为量子网络的构建提供了新的可能性。除了这一直接应用外，它还为未来的基础研究奠定了基础。阿莱格雷说："我们希望能够单独操纵机械模式，缓解光机械装置中的光学非线性问题。"参考文献AndréG.Primo、PedroV.Pinho、RodrigoBenevides、SimonGröblacher、GustavoS.Wiederhecker和ThiagoP.MayerAlegre的"高频纳米机械谐振器中的耗散光机械学"，2023年9月18日，《自然-通讯》。DOI:10.1038/s41467-023-41127-7编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403959.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403959.htm

利用多部分混合纠缠技术解决量子传送中的噪声问题

利用多部分混合纠缠技术解决量子传送中的噪声问题一种创新的量子传送方法，它通过多部分混合纠缠来抵抗量子系统因环境干扰而产生的退相干效应。通过全光学的实验设置，研究团队证实了这种方法在控制退相干中的有效性，使得量子信息即使在极端条件下也能高效传送。该研究不仅成功地展示了高保真度的量子传送，还为未来量子通信技术的发展打开了新的可能。退相干是量子系统因与周围环境相互作用而失去量子态相干性的过程。关注频道@ZaiHuaTG频道投稿@ZaiHuabot

量子技术新突破：在大都市范围内实现破纪录的量子瞬移

量子技术新突破：在大都市范围内实现破纪录的量子瞬移量子远距传态利用量子纠缠和经典通信将量子信息传输到遥远的地方。这一概念已在各种量子光系统中实现，包括从实验室实验到实际的现实世界测试。值得注意的是，通过利用低地轨道Micius卫星，科学家已经成功地将量子信息传送到超过1200千米的距离。然而，目前还没有一种量子传输系统的传输速率能达到赫兹数量级。这阻碍了量子互联网未来的应用。在发表于《光科学与应用》（LightScience&Application）的一篇论文中，由电子科技大学郭光灿教授和周强教授领导的科学家团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所游力行教授合作，在"电子科技大学第一城量子互联网"的基础上，首次将远距传态速率提高到每秒7.1量子比特。这创下了城域范围内量子传送系统的新纪录。a,传送系统鸟瞰图。爱丽丝'A'位于网络交换室，鲍勃'B'和查理'C'分别位于两个不同的实验室。连接三个节点的所有光纤都属于UESTC主干网。在实验过程中，只有爱丽丝、鲍勃和查理创建的信号通过这些"暗"光纤传输。爱丽丝用弱相干单光子源准备初始状态，并通过量子通道将其发送给查理。鲍勃的纠缠源产生一对纠缠光子，然后通过另一个量子通道将惰光子发送给查理。查理对爱丽丝和鲍勃发送的量子比特进行联合贝尔态测量（BSM），将它们投射到四个贝尔态之一。然后，BSM结果通过经典信道发送给鲍勃，鲍勃对信号光子进行单元（U）变换，以恢复初始状态。"在实验室外演示高速量子瞬移涉及一系列挑战。这项实验展示了如何克服这些挑战，从而为未来的量子互联网树立了一个重要的里程碑，"这项工作的通讯作者周强教授说。现实世界中量子传送系统的主要实验挑战是进行贝尔态测量（BSM）。为了确保量子远传成功并提高贝尔态测量（BSM）的效率，爱丽丝和鲍勃的光子需要在光纤长距离传输后在查理处无法区分。研究小组开发了一个完全运行的反馈系统，实现了光子路径长度差和偏振的快速稳定。另一方面，研究小组使用单根光纤尾端周期性极化的铌酸锂波导来产生纠缠光子对。在此基础上，他们为远距传输系统开发出了一种具有500MHz重复率的高质量量子纠缠光源。红条是使用QST测得的保真度。蓝条是使用DSM获得的保真度。两种方法的保真度都超过了2/3的经典极限，即灰色虚线。这种基于量子光学的高速量子传送需要最灵敏的光子传感器，以便收集尽可能多的事件。游力行教授领导的团队与光子技术有限公司的同事一起，为这项实验提供了高性能的超导纳米线单光子探测器。由于探测器效率极高且几乎没有噪声，因此实现了高效率的BSM和量子态分析。研究团队采用量子态层析和诱饵态两种方法计算了远传保真度，远高于经典极限（66.7%），证实了高速城域量子远传已经实现。未来，"中国电子科技大学一号城域量子互联网"有望结合集成量子光源、量子中继器和量子信息节点，发展"高速、高保真、多用户、远距离"的量子互联网基础设施。该团队还预测，这一基础设施将进一步推动量子互联网的实际应用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391145.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391145.htm

洛桑联邦理工学院（EPFL）研究人员实现在室温下控制量子现象

洛桑联邦理工学院（EPFL）研究人员实现在室温下控制量子现象操作装置的概念图，由两个周期性分割的镜子夹着一个装有纳米柱的鼓组成，使激光能在室温下与鼓产生强烈的量子力学相互作用。图片来源：EPFL和第二湾工作室传统上，这种观测只能在接近绝对零度的环境中进行，因为那里的量子效应更容易被探测到。然而，对极冷环境的要求一直是一个主要障碍，限制了量子技术的实际应用。现在，EPFL的托比亚斯-基彭伯格（TobiasJ.Kippenberg）和尼尔斯-约翰-恩格尔森（NilsJohanEngelsen）领导的一项研究重新定义了可能的界限。这项开创性工作融合了量子物理学和机械工程，实现了对室温下量子现象的控制。基彭伯格说："几十年来，实现室温量子光力学一直是一个公开的挑战。我们的工作有效地实现了海森堡显微镜--长期以来一直被认为只是一个理论玩具模型。"在今天（2月14日）发表在《自然》杂志上的实验装置中，研究人员创建了一个超低噪声光机械系统--一种光与机械运动相互连接的装置，使他们能够高精度地研究和操纵光如何影响移动物体。晶体状空腔镜，中间是鼓。图片来源：GuanhaoHuang/EPFL室温的主要问题是热噪声，它会干扰微妙的量子动力学。为了最大限度地减少热噪声，科学家们使用了空腔镜，这是一种专门的反射镜，能在密闭空间（空腔）内来回反弹光线，有效地"捕获"光线，并增强光线与系统中机械元件的相互作用。为了减少热噪声，这些镜子采用了类似晶体的周期性（"声子晶体"）结构。另一个关键部件是一个4毫米的鼓状装置，称为机械振荡器，它在空腔内与光相互作用。它相对较大的尺寸和设计是将其与环境噪声隔离开来的关键，这使得在室温下探测微妙的量子现象成为可能。恩格尔森说："我们在这项实验中使用的鼓是多年努力的结晶，目的是制造出与环境隔离良好的机械振荡器。""我们用来处理难缠的复杂噪声源的技术，对更广泛的精密传感和测量领域具有重要意义和影响，"领导该项目的两名博士生之一黄冠豪说。这种量子现象是指通过操纵光的某些特性，如强度或相位，来减少一个变量的波动，而以增加另一个变量的波动为代价，正如海森堡原理所规定的那样。通过在他们的系统中演示室温下的光学挤压，研究人员表明，他们可以有效地控制和观察宏观系统中的量子现象，而无需极低的温度。研究小组认为，该系统在室温下运行的能力将扩大量子光机械系统的使用范围，而量子光机械系统是量子测量和量子力学在宏观尺度上的既定试验平台。领导这项研究的另一名博士生阿尔贝托-贝卡里（AlbertoBeccari）补充说："我们开发的系统可能会促进新的混合量子系统，在这种系统中，机械鼓与不同的物体（如被困的原子云）发生强烈的相互作用。这些系统对量子信息非常有用，有助于我们了解如何创建大型复杂量子态。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418153.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418153.htm

量子技术新突破：研究人员成功地制造出产生两束纠缠光的光源

量子技术新突破：研究人员成功地制造出产生两束纠缠光的光源对研究这种现象的兴趣是由于其在加密、通信和量子计算方面的巨大应用潜力。困难的是，当这些系统与它们周围的环境相互作用时，它们几乎立即变得不相干了。在巴西圣保罗大学物理研究所（IF-USP）的原子和光的相干操纵实验室（LMCAL）的最新研究中，研究人员成功地开发了一个产生两束纠缠光的光源。有关这项研究的文章最近发表在《物理评论快报》杂志上。"这个光源是一个光学参数振荡器，或称OPO，它通常由两个镜子之间的非线性光学响应晶体组成，形成一个光学腔体。当一束明亮的绿色光束照射在仪器上时，晶体-镜子动态产生两束具有量子相关性的光束，"文章的最后一位作者、物理学家HansMarinFlorez说。该研究中使用的光学参数振荡器（OPO）。图像来源:AlvaroMontañaGuerrero问题是，基于晶体的OPO发出的光不能与量子信息背景下的其他感兴趣的系统互动，如冷原子、离子或芯片，因为其波长与相关系统的波长不一样。"我们小组在以前的工作中表明，原子本身可以被用作媒介，而不是晶体。因此，我们制作了第一个基于铷原子的OPO，其中两个光束是强烈的量子相关的，并获得了一个可以与其他有可能作为量子存储器的系统互动的源，如冷原子，"Florez说。然而，这并不足以表明这些光束是纠缠在一起的。除了强度之外，与光波同步有关的光束相位也需要显示出量子关联性。他说："这正是我们在《物理评论快报》报道的新研究中所实现的。我们重复了同样的实验，但增加了新的检测步骤，使我们能够测量所产生的场的振幅和相位中的量子相关性。结果，我们能够证明它们是纠缠在一起的。此外，该检测技术使我们能够观察到，纠缠结构比通常所描述的要丰富。我们实际上产生的是一个由四个纠缠谱带组成的系统，而不是两个相邻的谱带被纠缠在一起。""在这种情况下，波的振幅和相位是纠缠在一起的。这在许多处理和传输量子编码信息的协议中是基本的。除了这些可能的应用，这种光源还可以用于计量学。强度的量子关联导致强度波动的大大减少，这可以提高光学传感器的灵敏度。想象一下，在一个聚会上，每个人都在说话，你听不到房间另一边的人说话。如果噪音充分降低，如果每个人都停止说话，你就可以在很远的地方听到某人说的话。"他补充说，提高用于测量人脑发出的α波的原子磁力计的灵敏度是潜在的应用之一。"文章还指出，与晶体OPO相比，铷质OPO还有一个优势。"Florez说："晶体OPO必须要有镜，使光在腔内保持更长的时间，这样相互作用就会产生量子相关的光束，而使用原子介质，在其中产生的两个光束比晶体更有效，避免了需要镜子来禁锢光这么长的时间。"在他的小组进行这项研究之前，其他小组曾试图用原子制造OPO，但未能证明所产生的光束的量子相关性。新的实验表明，系统中没有内在的限制来阻止这种情况的发生。研究人员发现，原子的温度是观察量子关联的关键。显然，其他研究使用了更高的温度，这让他们无法观察到相关关系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337695.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337695.htm