通常的量子效應需要在幾個(ge) 原子間距且需要在低溫或真空中才能實現，來自瑞士的科學家首次在室溫下實現了一米遠距離的量子傳(chuan) 輸，這一結果發表在近期發表的《Science》上。

研究人員首次實現了在遠距離量子係統之間建立了強耦合。為(wei) 了實現這一點，他們(men) 采用一種新穎的辦法，通過一個(ge) 激光循環來連接係統，使得信息交換時的損失幾乎沒有，而且他們(men) 之間還存在非常強烈的相互作用。這一研究成果被來自瑞士巴塞爾大學的科學家及其合作者漢諾威大學的研究人員發表在近期的美國《Science》雜誌上。在該雜誌的報道中，他們(men) 提到，這一新的方法為(wei) 量子網絡的新的傳(chuan) 輸和傳(chuan) 感技術新的應用開辟了新的無限可能。

一個(ge) 激光循環光連接納米機械膜和原子雲(yun) 的自旋 圖片來源：巴塞爾大學

量子技術是當前世界上研究作為(wei) 活躍和前沿的領域之一。該技術綜合了原子、光和納米結構的 量子機械狀態的特殊性質的優(you) 點，舉(ju) 例來說，用於(yu) 先進醫療和現代導航的傳(chuan) 感器、信息處理所用的網絡和材料科學中所用的強大的模擬裝置，都需要這一技術的有力支撐。產(chan) 生滿足我們(men) 所需要的量子狀態通常需要係統之間能夠發生強烈的相互作用。發生這一相互作用之間的距離通常在幾個(ge) 原子和納米結構之間的範圍內(nei) 。

然而，比較遺憾的是，直到今天，足夠充分且有效的強相互作用發生的距離太短。典型的距離一般發生在兩(liang) 個(ge) 係統靠的非常近，幾乎在在同一個(ge) 芯片上，同時還需要在足夠低的溫度下或者是在真空的環境下才能發生。他們(men) 之間的相互作用也是通過靜電或者靜電磁力發生作用。如果兩(liang) 個(ge) 係統之間的距離太遠，現有的技術就 不能滿足。但實際上我們(men) 所需要的多數應用，如量子通信或某些特殊場合所用的通訊傳(chuan) 感器，都是需要在遠距離的情形下使用。所以實用化的量子通信必須要能夠實現遠距離傳(chuan) 輸才行。

一個(ge) 來自瑞士的巴塞爾大學物理係教授 Philipp Treutlein團隊的帶領下，已經成功的首次實現在遠距離的情況下在兩(liang) 個(ge) 係統之間建立起強烈的相互作用。這一實驗在是在室溫的條件下完成的。在他們(men) 的研究實驗中，研究人員使用激光來耦合100納米厚度的薄膜的振動，使原子的自旋轉在一米遠的距離上產(chan) 生了量子效應。結果，薄膜的每一波動都可以促成原子自旋轉的運動，反過來也能如此。

目前研究人員已經首次實驗證實了他們(men) 的設想。采用激光來實現量子係統的耦合非常靈活和方便，Treutlein說道。我們(men) 可以在係統之間非常靈活的控製激光，這樣可以讓我們(men) 利用不同類型的發生器和激光來產(chan) 生不同類型的相互作用，從(cong) 而製作出不同類型的傳(chuan) 感器。

除了在納米機械薄膜中的原子耦合之外，這一新的方法也有可能應用在係統係統當中。如耦合超導量子比特;或用於(yu) 量子計算研究所用的固態自選係統。這一光-媒介耦合新技術可以應用於(yu) 如下係統的相互連接，如用於(yu) 信息處理和數值模擬的量子網絡通訊的建立。Treutlein 深信，這一新的，高度有用的工具可以成為(wei) 我們(men) 量子技術應用的好工具。

未來的全球量子計算機 來自：Delft University of Technology

量子信息傳(chuan) 輸圖 來源：Joerg Bochmann & Amit Vainsencher, UCSB

參考文獻：

1.Joerg Bochmann, et al., “Nanomechanical coupling between microwave and optical photons,” Nature Physics, 2013; doi:10.1038/nphys2748

2.“Microwave-to-optics conversion using a mechanical oscillator in its quantum ground state” by Moritz Forsch, Robert Stockill, Andreas Wallucks, Igor Marinkovi, Claus Grtner, Richard A. Norte, Frank van Otten, Andrea Fiore, Kartik Srinivasan and Simon Grblacher, 7 October 2019, Nature Physics.

DOI: 10.1038/s41567-019-0673-7

3.“Gallium phosphide as a piezoelectric platform for quantum optomechanics” by Robert Stockill, Moritz Forsch, Grégoire Beaudoin, Konstantinos Pantzas, Isabelle Sagnes, Rémy Braive and Simon Grblacher, 20 September 2019, Physical Review Letters.

來源：

Light-mediated strong coupling between a mechanical oscillator and atomic spins 1 meter apart，Thomas M. Karg, Baptiste Gouraud, Chun Tat Ngai, Gian-Luca Schmid, Klemens Hammerer, Philipp Treutlein,