日本科学家突破量子通信难题，开启新时代！

在量子通信领域，东京大学工业科学研究所的研究人员取得了一项重大突破，这一发现可能极大地提升集成电路和量子计算的实用性。量子电子学是传统电子学的一个显著转变，在传统系统中，信息以二进制数字的形式存储，而量子电子学则利用量子比特（qubits）进行存储，这些量子比特可以采取多种形式，包括被困在纳米结构中的电子，即量子点。

然而，将信息从一个量子点传输到另一个量子点，尤其是在同一个量子计算机芯片上，一直是一个巨大的挑战。这一难题限制了量子比特设计的多样性。现在，东京大学的研究人员在《物理评论快报》上发表的研究中解决了这个问题：他们开发了一种新技术，可以在数十到数百微米范围内传输量子信息。

这一进步有望提升未来量子电子设备的功能。那么，研究人员是如何实现从一个量子点到另一个量子点的量子信息传输的呢？一种可能的方法是将电子（物质）信息转换为光（电磁波）信息：通过产生光-物质混合态。以往的工作与量子信息处理的单电子需求不兼容。研究团队的目标是以一种更加灵活的设计方式，改进高速量子信息传输，并且与目前可用的半导体制造工具兼容。

研究的主要作者黑山和之解释说：“在我们的工作中，我们将量子点中的少数电子与一个称为太赫兹分裂环共振器的电路耦合。这个设计简单，适合大规模集成。” 以前的工作基于将共振器与数千到数万个电子的集合耦合。实际上，耦合强度是基于这个电子集合的规模。相比之下，当前的系统只限制了少数电子，这适合量子信息处理。尽管如此，电子和太赫兹电磁波都被限制在一个超小区域内，因此耦合强度与多电子系统相当。

资深作者平川和彦表示：“我们很高兴，因为我们使用了在先进纳米技术中广泛使用的结构——这些结构通常被集成到半导体制造中——来帮助解决实际的量子信息传输问题。我们也期待将我们的发现应用于理解光-电子耦合态的基本物理。”

这项工作是解决传输量子信息的一个以前令人困扰的问题的重要一步，这个问题限制了实验室发现的应用。此外，这种光-物质转换被认为是基于半导体量子点的大规模量子计算机的必备架构之一。由于研究人员的结果基于半导体制造中常见的材料和程序，实际实施应该是直接的。

参考资料：DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.066901