找到产生量子记忆的合适材料是全球量子网络的开端

日内瓦大学 – 来自 UNIGE 的研究人员与法国 CNRS (CNRS) 密切合作，发现了一种可用于快速存储和重复量子信号的新材料——这可能是全球量子网络的开始。

量子通信和密码学是高安全性通信的未来。但在构建全球量子网络之前，存在许多挑战，包括长距离传播量子信号。主要挑战之一是创建存储光携带的量子信息的存储器。瑞士日内瓦大学 (UNIGE) 的研究人员与法国 CNRS 合作，发现了一种新材料，其中一种元素镱可以存储和保护脆弱的量子信息，即使在高频下也是如此。这使得镱成为未来量子网络的理想候选者，该网络旨在通过充当中继器来远距离传输信号。结果发表在《自然材料》杂志上。

今天，量子密码学中使用的光纤长达数百公里，并且具有高度安全性的特点：如果不让信息消失，就不可能复制或拦截信息。

然而，信号无法复制的事实也阻止了科学家将其放大以进行长距离传输，就像 Wi-Fi 网络一样。

寻找合适的材料来产生量子记忆

由于信号不能在不消失的情况下被复制或放大，因此科学家们目前正在研究量子记忆如何通过捕获光子并使它们同步来重复它，从而使它们传播得越来越远。剩下的就是找到合适的材料来制造这些量子存储器。应用系研究员 Mikael Afzelius 解释说：“挑战在于如何找到一种材料，可以隔离传递环境干扰光子的量子信息，以便我们可以同步捕捉它们一秒钟左右。” UNIGE理学院的物理学。“但是一个光子在一秒钟内行进了大约30万公里！” 这意味着物理学家和化学家必须挖掘出一种与外界干扰绝缘良好但仍能在高频下工作的材料，

稀土“圣杯”的“引爆点”

虽然已经存在经过实验室测试的量子存储器原型，包括那些基于铕或镨等稀土元素的原型，但它们的速度还不够快。“因此，我们将兴趣从元素周期表转移到迄今为止很少受到关注的稀土元素：镱，”Nicolas Gisin 解释道。Gissing 是 Unige 大学 (UNIGE) 理学院应用物理系的教授量子密码学的基础是，也是 ID Quantique 的创始人。吉辛教授补充说：“我们的目标是找到制造量子中继器的理想材料，这需要将原子与其环境分离量子密码学的基础是，这往往会干扰信号。” 这似乎是镱的情况！

UNIGE 和 CNRS 的物理学家发现，通过将稀土原子置于非常精确的磁场中，稀土原子进入一种不敏感状态，将它们与环境中的干扰隔离开来，从而可以捕获光子并使它们同步。UNIGE 应用物理系和 Chimie Paris 研究所研究员 Philippe Goldner 说：“我们通过改变磁场的幅度和方向发现了一个‘神奇的地方’。” “当达到这一点时，镱原子的相干时间增加了 1000 倍，同时在高频下运行！”

镱的好处

物理学家现在正在构建基于镱的量子存储器，可用于从一个中继器快速转换到另一个中继器，同时尽可能长时间地保持光子以实现必要的同步。这种材料为创建全球量子网络开辟了一个新的可能性领域；它还强调了开展更多应用研究的重要性，例如设计量子存储器以及基础研究。