首个可编程光学量子存储器问世

首个可编程光学量子存储器问世德国帕德博恩大学和乌尔姆大学研究人员合作，开发出首个可编程光学量子存储器。新技术的工作原理类似于纠缠“装配线”，其中纠缠的光子对会按顺序创建并与存储的光子结合。该研究作为“编辑推荐”发表在最新一期《物理评论快报》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1326103.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1326103.htm

量子纠缠光子在波士顿街道下飞行了35公里

量子纠缠光子在波士顿街道下飞行了35公里访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器就像我们所熟知的互联网一样，量子网络通过光--这里是量子纠缠光子--来发送信息。但是，它们需要"中继器"，以防止这些光子像光通常所做的那样发生长距离散射，而且中继器必须能够在不破坏光子纠缠和修改信息的情况下发送光子。本次演示中部署的量子链路图。携带与量子存储器纠缠的量子信息的光子穿过剑桥和波士顿的多个街区，行程超过35公里，然后返回哈佛大学，在另一个实验室中将其纠缠转移到另一个存储器上。哈佛大学和AWS称，这些实验节点利用钻石中的空腔"捕获光线并迫使其与量子存储器相互作用"。这些节点可以利用现有的纳米加工技术批量生产。在实验过程中，研究小组将一个量子比特编码成一个光子，并将其从哈佛大学实验室的量子存储器上弹出。以下是文档摘录：当光子与量子存储器相互作用时，它就会与存储器纠缠在一起--这意味着对光子或存储器进行的测量都会提供对方的状态信息（从而修改对方的状态）。然而，光子并没有被测量（从而提取信息），而是经过量子频率转换，从可见光频率（量子存储器工作的频率）转换到电信频率（光纤中的损耗最小的频率）。然后，（现在是电信频率的）光子在地下光纤网络中来回穿梭，最后返回哈佛大学，并在那里被转换回可见光频率。最后，光子从第二个存储器弹出后，被送往一个探测器，探测器会记录光子的存在，但不会显示光中包含的任何潜在量子信息。然后，光子从可见光频率转换为电信频率，再反弹到不同的实验室，从而完成旅程。AWS称，早期实验显示，量子纠缠光子的传输距离超过35公里。纠缠光子的存储时间超过一秒，该公司称这"足以让光传播30多万公里"，足以绕地球7.5圈。网络中使用的设备示意图。位于一个光子设备（左下）内的SiV与光子纠缠，光子穿过电信光纤（上），然后与位于不同位置（右）的量子存储器相互作用。最终，两个空间上分离的量子存储器之间产生了纠缠。能源部解释说，量子网络与量子计算的原理相同，都是利用光子的量子态来携带信息。量子网络的实验已经进行了一段时间了，但还没有人制造出完全商业化的版本。AWS表示，在其量子网络具备可扩展性和商业可行性之前，还需要进行更多改进。到目前为止，它的速度还很慢，而且一次只能发送一个量子存储器。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431207.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431207.htm

科学家运用太赫兹技术开启量子传感之门

科学家运用太赫兹技术开启量子传感之门图为莱斯大学新兴量子和超快材料实验室研究生徐睿制作的三个超快太赫兹场聚光器样品。底层（白色正方形可见）由钛酸锶制成，其表面图案为聚光器结构--可集中太赫兹频率红外光的微观同心圆阵列。这些阵列在显微镜下清晰可见（插图），但用肉眼观察时，就像细粒度的点状图案。图片来源：GustavoRaskosky拍摄/RuiXu/莱斯大学添加插图识别光谱中的差距莱斯大学三年级博士生、最近发表在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志上的一篇文章的第一作者徐睿说："中红外光和远红外光存在明显的差距，大约在5-15太赫兹的频率和20-60微米的波长范围内，与较高的光学频率和较低的无线电频率相比，目前还没有很好的商业产品。"这项研究是在威廉-马什-莱斯讲座教授、材料科学与纳米工程助理教授朱涵宇（HanyuZhu）的新兴量子与超快材料实验室进行的。量子准电透镜（截面图），可聚焦频率为5-15太赫兹的光脉冲。传入的太赫兹光脉冲（红色，左上角）通过钛酸锶（蓝色）基底上的环形聚合物光栅和圆盘谐振器（灰色）转换成表面声子-极化子（黄色三角形）。黄色三角形的宽度表示声子-极化子在到达用于聚焦和增强出射光的圆盘谐振器（右上角红色）之前，通过每个光栅间隔传播时电场的增加。左下方的钛酸锶分子原子结构模型描述了声子-极化子振荡模式中钛（蓝色）、氧（红色）和锶（绿色）原子的运动。图片来源：Zhu实验室/莱斯大学提供太赫兹间隙的重要性和挑战Zhu说："这一频率区域的光学技术--有时被称为'新太赫兹间隙'，因为它远比0.3-30太赫兹'间隙'中的其他频率区域更难以接近--对于研究和开发用于接近室温的量子电子学的量子材料，以及感知生物分子中的功能基团以进行医学诊断，可能非常有用。"研究人员面临的挑战一直是找到合适的材料来承载和处理"新太赫兹间隙"中的光。这种光会与大多数材料的原子结构产生强烈的相互作用，并很快被它们吸收。莱斯大学材料科学与纳米工程系学生RuiXu是一项研究的第一作者，该研究表明钛酸锶有可能在3-19太赫兹频率下实现高效光子设备。图片来源：GustavoRaskosky拍摄/莱斯大学钛酸锶和量子顺电性Zhu的研究小组利用钛酸锶（一种锶和钛的氧化物）将强相互作用转化为优势。Xu说："它的原子与太赫兹光的耦合如此强烈，以至于形成了被称为声子-极化子的新粒子，这些粒子被限制在材料表面，不会在材料内部消失。"其他材料支持更高频率的声子-极化子，而且通常支持的范围很窄，而钛酸锶则不同，它支持整个5-15太赫兹间隙的声子-极化子，这是因为钛酸锶具有一种称为量子顺电性的特性。钛酸锶的原子表现出巨大的量子波动和随机振动，因此能有效捕捉光线，而不会被捕捉到的光线自我捕获，即使在零开尔文温度下也是如此。"我们通过设计和制造超快场聚光器，证明了钛酸锶声子-极化子器件在7-13太赫兹频率范围内的概念，"Xu说。"这种器件能将光脉冲挤压到小于光波长的体积内，并保持较短的持续时间。因此，我们实现了每米近千兆伏的强瞬态电场。HanyuZhu是莱斯大学威廉-马什-莱斯讲座教授兼材料科学与纳米工程助理教授。图片来源：JeffFitlow摄影/莱斯大学未来影响与应用电场是如此之强，以至于它可以用来改变材料的结构，从而产生新的电子特性，或者从微量的特定分子中产生新的非线性光学响应，这种响应可以用普通的光学显微镜检测到。Zhu说，他的研究小组开发的设计和制造方法适用于许多市售材料，可以实现3-19太赫兹范围内的光子设备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378127.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378127.htm

量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特

量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特这种新方法是滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）开发的，它使用一个小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在相距四微米的地方，大约是一根头发宽度的四百分之一。在并行控制目标量子比特上的每束聚焦激光的精度和程度是以往研究无法比拟的。IQC和滑铁卢大学物理与天文学系教授K.RajibulIslam博士说："我们的设计将串扰量--落在相邻离子上的光量--限制在0.01%的极小相对强度，这在量子界是数一数二的。与以往对单个离子进行敏捷控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。""这意味着我们可以与任何离子对话而不影响其相邻离子，同时还能最大限度地控制每个离子。据我们所知，在学术界和工业界，这是具有如此高精度的最灵活的离子量子比特控制系统。"绿色激光是操纵钡离子能态的正确能量。资料来源：滑铁卢大学钡离子：量子计算的新宠钡离子是科学家们的目标，因为它们在困离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能态，可用作量子位的零级和一级，并能用可见绿光进行操纵，而其他原子类型则不同，同样的操纵需要更高能量的紫外光。这样，研究人员就可以使用紫外线波长所不具备的商用光学技术。研究人员制作了一个波导芯片，它能将一束激光分成16个不同的光通道。然后，每个通道都被导入基于光纤的独立调制器，这些调制器可独立对每束激光的强度、频率和相位进行灵活控制。然后，利用一系列类似望远镜的光学透镜将激光束聚焦到很小的间距。研究人员通过使用精确的摄像传感器对每束激光进行测量，从而确认了它们的聚焦和控制。这项工作是滑铁卢大学利用原子系统构建钡离子量子处理器的努力的一部分，Islam的共同首席研究员、IQC和滑铁卢大学物理和天文系教师CrystalSenko博士说。"我们使用离子是因为它们是完全相同的、自然制造的量子比特，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法"。创新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，为操纵离子来编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的应用带来了希望。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383059.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383059.htm

哈佛大学科学家利用声音来测试设备及控制量子比特

哈佛大学科学家利用声音来测试设备及控制量子比特利用声波控制原子空位可以增强通信技术，并为量子计算提供新的控制机制。声共振无处不在。事实上，很有可能你现在手里就拿着一个。如今，大多数智能手机都将体声谐振器用作射频滤波器，以滤除可能降低信号质量的噪音。这些滤波器也用于大多数Wi-Fi和GPS系统。声学谐振器比电子谐振器更稳定，但也会随着时间的推移而退化。目前还没有一种简便的方法来主动监测和分析这些广泛使用的设备的材料质量退化情况。现在，哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员与普渡大学OxideMEMS实验室的研究人员合作开发了一种系统，利用碳化硅中的原子空位来测量声共振的稳定性和质量。更重要的是，这些空位还可用于声控量子信息处理，为操纵嵌入这种常用材料中的量子态提供了一种新方法。"碳化硅既是量子报告器的宿主，也是声共振探针的宿主，它是一种现成的商用半导体，可以在室温下使用，"该论文的资深作者、应用物理系和电子工程系塔尔-科因教授、文理学院李彦宏和马蔚华教授伊夫林-胡（EvelynHu）说。"作为一种声共振探针，碳化硅中的这种技术可用于监测加速计、陀螺仪和时钟在其寿命期间的性能，而在量子方案中，则有可能用于混合量子存储器和量子网络"。这项研究发表在《自然-电子学》上。碳化硅是微机电系统（MEMS）的常用材料，其中包括体声谐振器。普渡大学埃尔莫尔家族电气与计算机工程学院教授、论文合著者苏尼尔-巴维（SunilBhave）说："众所周知，晶圆级可制造碳化硅谐振器尤其具有同类最佳的品质因数性能。但是，晶体生长缺陷（如位错和晶界）以及谐振器制造缺陷（如粗糙度、系应力和微尺度凹坑）会在MEMS谐振器内部造成应力集中区域。"如今，要想在不破坏声学谐振器的情况下看到谐振器内部的情况，唯一的办法就是使用超强且非常昂贵的X射线，例如阿贡国家实验室的宽光谱X射线束。夹在碳化硅声共振器（蓝色）顶部两个电极（黄色）之间的压电层（绿色）。电极和压电层产生的声波会对晶格产生机械应变，从而使缺陷（红色）的自旋发生翻转。利用聚焦在谐振器背面的激光读出自旋。资料来源：HuGroup/HarvardSEAS"这类昂贵且难以接近的机器无法在铸造厂或实际制造或部署这些设备的地方进行测量或表征，"SEAS研究生、论文共同第一作者乔纳森-迪茨（JonathanDietz）说。"我们的动机是尝试开发一种方法，让我们能够监测体声谐振器内部的声能，这样你就可以将这些结果反馈到设计和制造过程中。"碳化硅通常存在天然缺陷，在这种缺陷中，一个原子从晶格中被移除，从而产生一种空间局部电子状态，其自旋可以通过材料应变与声波相互作用，例如声共振器产生的应变。当声波穿过材料时，会对晶格产生机械应变，从而使缺陷的自旋发生翻转。自旋状态的变化可以通过用激光照射材料来观察，看有多少缺陷在受到扰动后"打开"或"关闭"。"光有多暗或多亮，表明缺陷所在局部环境中的声能有多强，"SEAS的研究生、论文合著者亚伦-戴（AaronDay）说。"由于这些缺陷只有单个原子大小，它们提供的信息非常局部，因此，你实际上可以用这种非破坏性的方式绘制出器件内部的声波图。"该地图可以指出系统可能在哪里以及如何退化或无法以最佳状态运行。碳化硅中的这些缺陷也可以成为量子系统中的量子比特。如今，许多量子技术都建立在自旋相干性的基础上：自旋在特定状态下保持的时间。这种相干性通常由磁场控制。但Hu和她的团队利用他们的技术证明，他们可以通过声波对材料进行机械变形来控制自旋，从而获得与其他使用交变磁场的方法类似的控制质量。Hu说："利用材料的天然机械特性--应变--扩大了我们的材料控制范围。当我们使材料变形时，我们发现我们还可以控制自旋的相干性，而且我们只需通过材料发射声波就能获得这些信息。这为我们提供了一个重要的材料固有特性的新工具，我们可以利用它来控制蕴藏在材料中的量子态。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392729.htm

韩国科学技术院研发出用于神经形态计算的新型超低功耗存储器

韩国科学技术院研发出用于神经形态计算的新型超低功耗存储器韩国科学技术院（KAIST）（院长Kwang-HyungLee）4月4日宣布，电气工程学院ShinhyunChoi教授的研究团队开发出了下一代相变存储器*设备，具有超低功耗的特点，可以取代DRAM和NAND闪存。相变记忆体指的是一种存储和/或处理信息的存储器件，利用热量将材料的结晶状态改变为非晶态或结晶态，从而改变其电阻状态。现有的相变存储器存在一些问题，如制造高比例器件的制造工艺昂贵，运行时需要大量电力。为了解决这些问题，Choi教授的研究团队开发出了一种超低功耗相变存储器件，它不需要昂贵的制造工艺，而是通过电学方法形成非常小的纳米（nm）级相变丝。这一新研发成果具有突破性的优势，不仅加工成本极低，而且还能以超低功耗运行。DRAM是最常用的存储器之一，速度非常快，但具有易失性，当电源关闭时数据就会消失。存储设备NAND闪存的读/写速度相对较慢，但它具有非易失性特点，即使在电源切断时也能保存数据。图1.本研究开发的超低功耗相变存储器件的图示，以及新开发的相变存储器件与传统相变存储器件的功耗对比。资料来源：韩国科学技术院新兴纳米技术与集成系统研究所另一方面，相变存储器结合了DRAM和NAND闪存的优点，具有高速和非易失性的特点。因此，相变存储器作为可替代现有存储器的下一代存储器备受瞩目，目前正被作为一种存储器技术或模拟人脑的神经形态计算技术而积极研究。然而，传统的相变存储器件在运行时需要消耗大量电能，因此难以制造出实用的大容量存储器产品或实现神经形态计算系统。为了最大限度地提高存储器件运行时的热效率，以前的研究工作主要集中在通过使用最先进的光刻技术缩小存储器件的物理尺寸来降低功耗，但这些研究在实用性方面受到了限制，因为功耗的改善程度微乎其微，而成本和制造难度却随着每次改进而增加。为了解决相变存储器的功耗问题，ShinhyunChoi教授的研究团队创造了一种在极小面积内电形成相变材料的方法，成功实现了超低功耗相变存储器件，其功耗比使用昂贵的光刻工具制造的传统相变存储器件低15倍。ShinhyunChoi教授对这项研究未来在新研究领域的发展充满信心，他说："我们开发的相变存储器件意义重大，因为它提供了一种新颖的方法，可以解决生产存储器件过程中的遗留问题，同时大大提高制造成本和能源效率。我们期待我们的研究成果能成为未来电子工程的基础，实现包括高密度三维垂直存储器和神经形态计算系统在内的各种应用，因为它开辟了从多种材料中进行选择的可能性。我要感谢韩国国家研究基金会和国家纳米实验室中心对这项研究的支持。"4月4日，国际著名学术期刊《自然》（Nature）4月刊发表了这项研究的论文，KAIST电气工程学院博士生See-OnPark和博士生SeokmanHong作为第一作者参与了这项研究。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426588.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426588.htm