科学家们借助多体物理，成功将量子点转变为可扩展且稳定的量子节点，这一成果发表于《自然物理学》。通过把核自旋纠缠到“暗态”，他们创造出能高保真存储和检索量子信息的量子寄存器，使量子网络离现实更近一步，为通信和计算带来新可能。
量子点作为纳米级结构，具备独特光学和电子特性，已应用于显示屏、医学成像等领域，其能发射单光子的特性在量子通信中备受关注。但构建有效量子网络，不仅需光子发射，还需稳定的、能与光子相互作用并本地存储量子信息的量子比特。
该研究利用量子点内的原子自旋，将其作为能长时间存储信息的多体量子寄存器。多体系统中相互作用的粒子（此处为量子点内部核自旋）集体行为产生新特性，研究人员借此创造出强大且可扩展的量子寄存器。
剑桥大学研究小组与林茨大学同事合作，把13000个核自旋转化为“暗态”的集体纠缠态，此态减少与环境相互作用，带来更好的相干性与稳定性，作为量子寄存器逻辑“零”状态。他们还引入互补“一”状态，即单一核磁振子激发，使量子信息能以高保真度写入、存储、检索和读出。研究人员通过完整操作周期证明了这点，实现近69%存储保真度与超130微秒相干时间，这是量子点成为可扩展量子节点的重要进展。
该研究共同主要作者Mete Atatüre表示，这一突破证明多体物理学在转变量子器件方面的力量，通过克服长期局限，展示了量子点作为多量子比特节点的潜力，为量子网络在通信和分布式计算中的应用铺就道路。此研究是半导体物理学、量子光学和量子信息理论的独特结合，研究人员利用先进控制技术极化砷化镓量子点中的核自旋，创造低噪声环境。
共同主要作者Dorian Gangloff称，通过应用量子反馈技术和利用砷化镓量子点的均匀性，克服了不受控核磁相互作用带来的长期挑战，不仅确立量子点为可操作量子节点，还为探索新多体物理和新兴量子现象搭建强大平台。
展望未来，剑桥团队目标是通过改进控制技术，将量子寄存器存储信息时间延长到几十毫秒，使量子点适用于量子中继器中的中间量子存储器。这是他们与欧洲伙伴合作的新QuantERA基金MEEDGARD重点，目前研究获EPSRC、欧盟、美国海军研究办公室和英国皇家学会支持。
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