研究人員首次成功地在很長(zhǎng)的距離上建立了量子系統(tǒng)之間的強(qiáng)耦合。他們通過(guò)一種新穎的方法實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，在該方法中，激光回路連接了系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了幾乎無(wú)損的信息交換以及它們之間的強(qiáng)大相互作用。巴塞爾大學(xué)和漢諾威大學(xué)的物理學(xué)家在《Science》雜志上報(bào)告說(shuō)，這種新方法為量子網(wǎng)絡(luò)和量子傳感器技術(shù)開(kāi)辟了新的可能性。

量子技術(shù)是目前世界上最活躍的研究領(lǐng)域之一。它利用原子，光或納米結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)狀態(tài)的特殊性質(zhì)來(lái)開(kāi)發(fā)例如用于醫(yī)學(xué)和導(dǎo)航的新型傳感器、用于信息處理的網(wǎng)絡(luò)以及用于材料科學(xué)的強(qiáng)大模擬器。產(chǎn)生這些量子態(tài)通常需要所涉及的系統(tǒng)之間的強(qiáng)大相互作用，例如幾個(gè)原子或納米結(jié)構(gòu)之間的相互作用。

但是，到目前為止，足夠強(qiáng)的交互作用僅限于短距離。通常，兩個(gè)系統(tǒng)必須在低溫下或在同一真空室中彼此靠近放置在同一芯片上，在這兩個(gè)系統(tǒng)中它們通過(guò)靜電力或靜磁力相互作用。但是，對(duì)于許多應(yīng)用（例如量子網(wǎng)絡(luò)或某些類(lèi)型的傳感器），需要將它們跨較大的距離進(jìn)行耦合。

由巴塞爾大學(xué)物理系的Philipp Treutlein教授領(lǐng)導(dǎo)的一組物理學(xué)家，首次在室溫環(huán)境下成功地在兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)之間建立了強(qiáng)耦合。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用激光將100納米薄膜的振動(dòng)與原子自旋的運(yùn)動(dòng)耦合在一米的距離上。結(jié)果，膜的每次振動(dòng)都會(huì)使原子自旋，而反之亦然。

實(shí)驗(yàn)基于研究人員與漢諾威大學(xué)的理論物理學(xué)家Klemens Hammerer教授共同開(kāi)發(fā)的概念。它涉及在系統(tǒng)之間來(lái)回發(fā)送激光束。“光的行為就像是在原子和膜之間伸展的機(jī)械彈簧，并在兩者之間傳遞力。” Thomas Karg博士解釋說(shuō)，他在巴塞爾大學(xué)的博士論文中進(jìn)行了該實(shí)驗(yàn)。在此激光回路中，可以控制光的屬性，使有關(guān)這兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信息不會(huì)丟失到環(huán)境中，從而確保不干擾量子力學(xué)相互作用。

現(xiàn)在，研究人員首次成功實(shí)現(xiàn)了這一概念，并將其用于一系列實(shí)驗(yàn)中。Treutlein解釋說(shuō)：“ 量子系統(tǒng)與光的耦合非常靈活且用途廣泛。我們可以控制系統(tǒng)之間的激光束，這使我們能夠生成對(duì)量子傳感器有用的不同類(lèi)型的相互作用。”

除了將原子與納米機(jī)械膜耦合之外，新方法還可以用于其他幾種系統(tǒng)中。例如，當(dāng)耦合用于量子計(jì)算研究中的超導(dǎo)量子位或固態(tài)自旋系統(tǒng)時(shí)。光介導(dǎo)耦合的新技術(shù)可用于互連此類(lèi)系統(tǒng)，從而創(chuàng)建用于信息處理和模擬的量子網(wǎng)絡(luò)。Treutlein堅(jiān)信：“對(duì)于我們的量子技術(shù)工具箱，這是一種新的、非常有用的工具?！?/p>