31、量子信息存储与测量中的重要实验进展

量子信息存储与测量中的重要实验进展

1. 量子光学与量子信息处理

量子光学领域中，对简单量子系统在可控环境下的操控是一个非常活跃的研究方向，它与量子信息理论紧密相连。在这个领域里，原子和光子可被视为“量子比特”（qubit）的载体，以非经典的方式存储和处理信息。两个量子比特载体之间的相互作用能够模拟量子门的操作，其中一个量子比特的演化取决于另一个的状态。通过组合几个量子比特和量子门，有望实现简单的量子网络，在其中实现相互作用的量子比特载体之间的“工程纠缠”。虽然大规模量子计算的实际应用可能仍然难以实现，但可以进行量子理论的基础测试，如展示新的量子非局域效应、进行退相干研究等。

目前，有几种量子光学系统正在被研究，包括囚禁离子、光子对组合以及腔中的原子。在腔量子电动力学（QED）实验中，原子逐个穿过高Q腔，量子比特可以由原子（可简化为二能级系统）携带，也可以由腔中的量子场携带，该量子场处于0和1光子态的叠加态。原子与腔场模式之间的相互作用为量子门的操作提供了所需的条件动力学，这在微波和光腔QED实验中都得到了证实。

2. 腔QED实验中的量子记忆实现

2.1 实验原理

为了实现量子逻辑，信息需要在量子比特载体之间转移，并在门操作之间保持。这就需要存在一个量子存储器，其保持时间受到载体弛豫过程的限制。在腔QED实验中，研究人员实现了一个量子存储器。具体来说，他们将一个量子比特从原子载体转移到场载体，然后再转移到另一个原子。初始原子可以处于其两个能量本征态之一，或者处于它们的叠加态。中介场可以制备成0或1光子数态（福克态），或者是这两种态的叠加态，这些都是高度非经典的辐射态。

量子信息转移的原理基于原子在腔真空|0⟩中