微型量子存储元件的量产之路

大小只有几毫米的玻璃室中充满了铷原子。

像传统网络一样，未来的量子网络也需要存储元件。瑞士巴塞尔大学研究人员在一个微小的玻璃室中建立了一个基于原子的量子存储元件。未来，这样的量子存储器可在晶圆上大规模生产，有望为实现大规模产业化铺路。研究成果刊发于最新一期《物理评论快报》。

光子特别适合传输量子信息。光子可用于通过光缆向卫星或量子存储元件发送量子信息。但光子的量子力学状态必须是尽可能精确地存储，并经过一定时间后再转换回光子。

两年前，巴塞尔大学研究人员证明，使用玻璃室中的铷原子可很好地完成工作。但该玻璃室是手工制作的，有几厘米大小。要适合日常使用，玻璃室须做得更小，并且适合量产。

研究人员探索出一些新方法，以获得只有几毫米大小的玻璃室。为了拥有足够数量的铷原子进行量子存储，他们将玻璃室加热到100℃以增加蒸气压。

他们还将原子暴露在1特斯拉的磁场中（比地球磁场强10000倍以上）。这改变了原子能级，从而促进了使用额外激光束对光子的量子存储。这种方法允许研究人员将光子存储约100纳秒，自由光子在这段时间里能传播30米。

通过这种方式，研究人员首次为光子构建了一个微型量子存储器，可在单个晶圆上并行生产约1000个副本。

研究人员希望不久的将来能在微型玻璃室中存储单个光子。此外，玻璃室仍然需要优化，以便在保持其量子态的同时尽可能长时间地存储光子。

信息存储是现代信息技术的一个核心环节。随着人类历史的发展，信息存储的介质也在不断变化。现在已经很难想象生活中如果没有互联网或手机网络会怎样。未来，网络或将使用量子技术，这些技术将使用量子密码学实现信息的防窃听传输，并使量子计算机互联成为可能。但即使是量子网络，也需要信息存储元件。此次科学家们就开发出这样一种存储元件，并因其可量产的特性，开创了业内先河。

作者张梦然