来自剑桥大学的研究人员能够在10万个原子核的“干草堆”中注入一根高度脆弱的量子信息“针”。使用激光来控制一个电子，研究人员可以用这个电子来控制干草堆的行为，从而更容易找到针。他们能够以百万分之1.9的精度探测到“针”:高到足以探测到这个大系综中的一个量子比特。
这种技术可以将高度脆弱的量子信息以光学方式发送到核系统进行存储，并以最小的干扰验证其印记，这是基于量子光源的量子互联网发展的重要一步。该结果发表在《自然物理学》杂志上。
第一台量子计算机即将问世，它将利用亚原子粒子的奇怪行为，远远超过甚至是最强大的超级计算机。然而，充分利用它们的潜力需要一种网络方式:量子互联网。传输量子信息的光通道是量子互联网的有前途的候选对象，目前没有比半导体量子点更好的量子光源:本质上是人造原子的微小晶体。
然而，有一件事阻碍了量子点和量子互联网:在网络的中转站暂时存储量子信息的能力。领导这项研究的剑桥卡文迪什实验室的Mete Atatü教授说:“解决这个问题的方法是将脆弱的量子信息隐藏在每个量子点包含的10万个原子核的云中，就像大海捞针一样。”“但如果我们试图像与比特通信一样与这些原子核通信，它们往往会随机‘翻转’，形成一个嘈杂的系统。”
量子点中包含的量子比特云通常不会在集体状态下工作，这使得从其中获取信息变得困难。然而，Atatüre和他的同事在2019年表明，当使用光冷却到超低温时，这些原子核可以一致地进行“量子舞蹈”，从而显著减少系统中的噪声量。现在，他们展示了在原子核中存储和检索量子信息的另一个基本步骤。通过控制10万个原子核的集体状态，他们能够以百万分之一点九的超高精度检测到量子信息作为“翻转量子比特”的存在:足以在原子核云中看到一个比特翻转。
“从技术上来说，这要求非常高，”同样是圣约翰学院研究员的阿塔图雷说。“我们没有与云‘对话’的方式，云也没有与我们对话的方式。但我们能与之交流的是一个电子:我们可以和它交流，就像一只牧羊狗一样。”
利用激光，研究人员能够与电子通信，然后电子与原子核的自旋或固有角动量通信。通过与电子对话，混乱的自旋系综开始冷却并聚集在引导电子周围；在这个更有序的状态之外，电子可以在原子核中产生自旋波。阿塔图雷说:“如果我们把我们的旋转云想象成一群10万只羊随机移动，很难看到一只羊突然改变方向。”“但是，如果整个羊群像一个明确的波浪一样移动，那么一只羊改变方向会变得非常明显。”
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