牛津大学利用原子存储使远距离离子保持纠缠约10秒

量子网络是连接设备并使其交换以粒子量子态编码的信息的系统，有望实现更安全的通信。要构建这些网络，物理学家需要设计出能让远距离粒子共享量子态的策略，并将这些量子态保持足够长的时间，以执行计算或实现设备间的通信。

牛津大学的研究人员最近实现了一个量子网络，其中四个量子比特（即量子信息单位）编码在被困离子中，这些离子分布在由光纤连接的两个位置之间。该网络在一篇论文中进行了概述，该论文发表于《物理评论快报》，依赖于被电磁场固定住的带电原子，也称为被困离子。

"这项工作源于我们构建量子网络的努力，在该网络中，每个节点不仅能与另一个节点建立纠缠链接，"该论文的共同资深作者 Gabriel Araneda 博士告诉 Phys.org。

"一个有用的网络还需要在本地处理和存储量子信息。不同的原子种类可以提供不同的优势，因此我们希望将它们组合在同一网络中，并研究是否能控制它们之间的纠缠，包括当它们处于不同节点时。"

用光连接被囚禁的原子

该团队研究的主要目标，是将网络中每个节点（即包含量子比特的位置）上对原子执行的操作与位置之间的连接结合起来，从而创建涉及多个原子的共享量子态。为此，研究人员使用了两组通过光纤连接的被囚禁离子。

"每个节点包含一个锶原子离子和一个钙原子离子，"论文第一作者 Dougal Main 解释道。"我们用锶离子来建立连接：每个锶离子发射一个光子，这些光子被汇聚到一起，并在一个中央站进行测量。"

"纠缠"一词意味着粒子共享一个量子态，该量子态无法被描述为每个粒子的独立状态。为了在网络中两个相距遥远的锶离子之间建立纠缠，Araneda 和他的同事对两个离子发射的光子（即光粒子）进行了贝尔态测量。一种特定的光子探测模式表明，这些离子已经变得纠缠。

"然后我们利用每个节点内部的操作，将这种纠缠扩展到钙离子上，"Main 说。"通过这种方式，我们创建了涉及两个节点之间三个或四个离子的纠缠态。为了更长时间地保持纠缠，我们将其转移到钙离子上，因为所选择的钙离子状态对磁场噪声不那么敏感。"

研究人员的方法将网络中两个不同位置上的离子操作与基于光的连接结合起来。这使他们得以实现一个共享的纠缠量子态，涉及分布在两个位置上的两种不同元素（即锶和钙）的最多四个离子。

为未来量子技术的发展提供信息支撑

在研究人员实现的网络中，锶离子在节点之间建立连接，而钙离子则用于存储量子信息。研究人员发现，远程存储量子比特之间的纠缠态可以存储约10秒。

"我们还表明，当远程纠缠存储在钙离子中时，它可以保持超过10秒——远长于网络量子比特的毫秒时间尺度，"Araneda说。"纠缠是量子计算的关键资源。远程纠缠可以让独立的量子处理器协同工作，构成分布式量子计算机。"

这项研究可能为分布式量子计算系统的发展开辟新的可能性，在这类系统中，通过纠缠连接的设备协同工作以执行计算。此外，该团队的方法可用于涉及远程量子传感器的测量，或原子钟之间的比对——原子钟利用原子能级之间跃迁的频率来测量时间。

"我们的下一步是在这些能力的基础上构建更复杂的网络协议，"Araneda补充道。"我们关注长寿命纠缠和本地处理如何支持分布式量子计算，包括纠错，以及远程传感和时钟比对，或安全的量子通信。"

"更广泛地说，我们希望开发汇集不同类型离子的网络节点，并利用每种离子的优势，为量子技术的未来服务。"

本文由我们的作者 Ingrid Fadelli 撰写，由 Sadie Harley 编辑，并由 Robert Egan 核实与审阅——这篇文章是认真的人工工作的成果。我们依靠像您这样的读者来维持独立科学新闻事业的活力。 如果这篇报道对您有意义，请考虑进行捐赠（尤其是按月捐赠）。作为感谢，您将获得一个无广告账户。

出版信息

D. Main et al., 多方混合物种纠缠在量子网络中的实现, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/qpsf-nlp9.

这篇报道背后是谁？

Ingrid Fadelli

自由撰稿记者，拥有心理学学士和国际新闻学硕士学位。自2018年起报道人工智能、机器人、神经科学和天体物理学。 完整简介 →

Sadie Harley

理学学士（生命科学与生态学）。具备微生物学实验室背景，拥有石油、天然气和可再生能源行业的制药新闻经验。 完整简介 →

Robert Egan

数学生物学学士，创意写作硕士。游历广泛，对科学与语言有独到见解。 完整简介 →

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引用： 原子存储使远距离离子保持纠缠约10秒（2026年10月21日） 检索于2026年10月21日 来自https://phys.org/news/2026-10-atomic-memory-distant-ions-entangled.html

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