微波和光学光子首次实现纠缠

科技日报北京5月18日电 （记者张梦然）奥地利科学技术研究所、维也纳科技大学和德国慕尼黑工业大学的研究人员在最新一期《科学》杂志发表论文称，他们首次将低能微波与高能光学光子纠缠在一起。两个光子的这种纠缠量子态是通过室温链路连接超导量子计算机的基础，这对扩展现有的量子硬件、实现与其他量子计算平台的互连，以及新型量子增强遥感应用都具有重大影响。

单个微波光子其实是处理器内超导量子比特之间的信息载体，不适合在处理器之间的室温环境发送。因为热量会对纠缠等量子特性产生破坏，使量子比特不能计算。鉴于此，为了保持功能，量子计算机必须将量子比特与环境隔离，在真空中将其冷却到极低的温度。

对于超导量子比特来说，它们要与微小电流一起工作，这些电流以每秒大约一百亿次的频率在电路中来回移动。它们使用微波光子（光粒子）相互作用。但问题在于，即使是少量的热量，也很容易干扰单个微波光子及其量子特性。

研究人员使用了一种特殊的电光设备：一种由非线性晶体制成的光学谐振器，它会在存在电场的情况下改变其光学特性。超导腔容纳这种晶体并增强这种相互作用。

他们使用激光在几分之一微秒内将数十亿个光学光子发送到电光晶体中。通过这种方式，一个光学光子分裂成一对新的纠缠光子：一个光学光子的能量仅比原始光子少一点，而一个微波光子的能量低得多。研究人员成功建造了一个体积更大的超导装置，不仅能避免对超导性的破坏，还有助于更有效地冷却设备并在光学激光脉冲的短时间内保持低温。

研究人员表示，此次突破在于离开设备的两个光子——光学光子和微波光子相互纠缠在了一起。他们通过测量两个光子电磁场的量子涨落之间的相关性，对新研究加以证实，这种相关性比经典物理学所能解释的还要强。