激光网3月18日消息，德国康斯坦茨大学的物理学家创建了一个理论模型，说明量子比特之间的信息交换如何通过使用光子传输量子信息来工作，并且量子比特的信息内容被转换为飞行量子比特。
虽然全球的研究人员都在竞相将量子计算机变为现实，但这并非易事，因为这种计算机的基本组件，量子比特或量子比特，非常脆弱。事实上，保持如此脆弱的系统完好无损是具有挑战性的，甚至更难互连量子比特。
这促使物理学博士生Benedikt Tissot和康斯坦茨大学物理系凝聚态理论和量子信息教授Guido Burkard提出了一个问题：如何实现量子比特之间的稳定信息交换?
他们的解决方案——纯粹基于理论工作——是飞行量子比特。Tissot 和 Burkard 创建了一个理论模型，说明量子比特之间的信息交换如何通过使用光子作为量子信息的传输手段来工作。
他们工作背后的基本前提是，材料量子比特的信息内容可以转换为飞行量子比特。
光子是光量子，是电磁辐射场的基本组成部分。研究人员模型的一个特点是，它利用受激发的拉曼发射将量子比特转换为光子，并且能够更好地控制光子。
Burkard说，这种方法是“从优化光子产生过程中的控制到直接优化飞行量子比特中光脉冲的时间形状的范式转变”。
他们的灵感“来自经典互联网的模拟，为了在更远的距离上传输信息，一种选择是在光纤内传播光，”天梭说。“如果我们现在考虑量子信息并将我们的状态编码在量子态中，一种选择是光的量子 - 又名光子。
量子计算机中量子比特之间的信息交换原理以类似的方式工作。信息必须转换为易于传输的状态，而光子是实现此目的的理想方式。
从根本上说，研究人员将已经用于单光子源的光子整形思想与量子态转移相结合。“与此形成鲜明对比的是，在第一种情况下，你只会发出一种状态'|1>'，而在后一种情况下，你可以发出'|0>'和'|1>'的叠加，”天梭解释道。
叠加是量子力学的一个基本原理，意味着量子系统在被测量之前同时处于多种状态——想想薛定谔的猫。
除此之外，“我们考虑了可能破坏我们发射的物质系统的量子态的损耗过程，因此我们的方法能够优化光子的脉冲形状，以平衡快速变化脉冲的有害影响和这些损耗过程，”天梭说。
物理学家专注于控制信息流的方向，以及信息流向的时间、速度和位置——具有高度的控制。
“主要成分是需要适当能级结构的物质系统，包括发射光子的跃迁，例如半导体中的缺陷，如金刚石中的硅空位、驱动器、激光器和空腔，”天梭说。“腔体可以在光纤的特定方向上发射光子，并且驱动器可用于控制脉冲形状。
他们的方法可以通过谐振器增强的受激拉曼发射进行控制，虽然这是物理学中一种成熟的方法，但使用它们直接发送量子比特状态是非常不寻常的。但是，这也许可以平衡环境扰动和光脉冲时间形状内快速变化的不良副作用，从而使信息传输更加准确。
“我们量化不同有害影响之间的平衡以优化脉冲形状的方式，通过设计可以直接访问脉冲形状，可以解释对最终脉冲形状的不同限制，”Tissot说。“此外，在物质系统和光子之间产生纠缠的方法使用辅助物质状态或量子比特。
在此过程中，一个很酷的发现是，“将损耗与脉冲整形方法相结合，可以直接将方程重新表述为优化问题——也许不是很令人惊讶，但很酷，”天梭说。
天梭补充道，有几个令人惊讶的时刻涉及“发现这些与光子形状相关的结果，再现了完美发射器和缓慢变化的脉冲的光子存储极限，以及我们所说的时间模式匹配。
天梭说，这项工作涉及的最大挑战之一是“实际上——大约——解决动态问题并将结果简化为易于理解。
至于潜在的未来应用，天梭设想他们的方法将用于模块化量子架构模块之间的远程纠缠生成或量子态转移。
接下来呢?“希望有人能在实验室中实施我们的方法，”天梭说。
