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以色列魏茨曼研究所的科學(xué)家們近日研制出世界上首個光子路由裝置。該光子路由裝置是一種基于單個原子的量子裝置，可以實現(xiàn)單光子路由功能。這項發(fā)布在《科學(xué)》雜志上的重大成果，標(biāo)志著在構(gòu)建量子計算機所面臨的重重困難中，人類又向前邁進了一步。
該裝置的核心是一個原子，它可以在兩種狀態(tài)之間切換。被設(shè)定的狀態(tài)為，僅從光纖右邊或左邊發(fā)送單個光子，相應(yīng)地，裝置中心的原子將反射或者傳導(dǎo)下一個傳入的光子。比如，一個從右邊過來的光子沿著自己的路徑奔向左邊，同時一個從左邊過來的光子被反射回去，導(dǎo)致處在中心的原子快速翻轉(zhuǎn)。完全相反的情形是，原子讓左邊過來的光子正常行進，一旦從右邊來的光子逆流而至，這個原子又被快速翻轉(zhuǎn)回來。這種原子基“開關(guān)”僅用單個光子就可操作，不需其他額外條件。
“從某種意義上講，這個光學(xué)設(shè)備類似于能控制電流開關(guān)的電子晶體管。”魏茨曼研究所量子光學(xué)課題組組長巴拉克·達洋博士說，光子不僅是構(gòu)成信息流的單位，還具備控制設(shè)備的功能。
物理學(xué)家組織網(wǎng)7月15日（北京時間）報道稱，取得這項成果需要充分結(jié)合世界上兩個最先進的技術(shù)。一個是激光制冷和原子捕獲技術(shù)，另一個是基于芯片和超高品質(zhì)的微型光學(xué)諧振器的制造技術(shù)，二者直接結(jié)合起來能制備出符合實驗要求的光纖。達洋實驗室所在的魏茨曼研究所，是世界范圍內(nèi)少有的能同時熟練掌握這兩種技術(shù)的研究所之一。
在研發(fā)量子計算機所做的各種努力中，最主要的動力來源于客觀存在的量子“疊加態(tài)”，這是粒子以不同形態(tài)同時存在的一種狀態(tài)，擁有并行處理巨型數(shù)據(jù)庫的潛能。而且，疊加態(tài)的無限期存在，能持續(xù)對系統(tǒng)進行監(jiān)控和測量，防止計算機崩潰。因為量子系統(tǒng)之間完全沒有交往，量子系統(tǒng)與其他粒子系統(tǒng)的互動也微乎其微，所以，光子是量子系統(tǒng)之間通信最有前途的候選對象。
達洋博士說：“構(gòu)建量子計算機的道路仍然很長，我們建造的設(shè)備演示了一個簡單實用的系統(tǒng)，可以應(yīng)用于所有未來量子計算機的建構(gòu)。在目前的演示中，單個原子可以做晶體管，也可以做光子間的雙向開關(guān)，但是在接下來的實驗中，我們希望擴展這種單獨作用于光子的設(shè)備種類，比如新型光子存儲器或者邏輯門等。”
