ICFO 开发了 QUIONE，一种观察单个原子的量子模拟器……

2024 年 4 月 24 日

…东芝与 Single Quantum 的合作将安全 QKD 通信的范围扩大了一倍。

量子物理学需要高精度传感技术来更深入地研究材料的特性。 从最近出现的模拟量子处理器来看，所谓的量子气体显微镜已被证明是在原子水平上理解量子系统的强大工具。

现在，研究人员来自 国际财务组织西班牙巴塞罗那建造了自己的量子气体显微镜，以希腊雪女神的名字命名为 QUIONE。 该小组由桑德拉·布布 (Sandra Buob)、乔纳坦·霍舍勒 (Jonatan Höschele)、瓦西里·马哈洛夫 (Vasiliy Makhalov) 和安东尼奥·卢比奥-阿巴达尔 (Antonio Rubio-Abadal) 组成，由 ICFO 的 ICREA 教授莱蒂西亚·塔鲁尔 (Leticia Tarruell) 领导，解释了他们的显微镜如何成为世界上唯一一台对锶量子气体的单个原子进行成像的显微镜，也是第一台对锶量子气体的单个原子进行成像的显微镜。在西班牙尚属此类。

除了可以区分单个原子的重要图像之外，QUIONE 的目标是量子模拟。 正如 ICREA 教授 Leticia Tarruell 所解释的那样，“量子模拟可用于将非常复杂的系统简化为更简单的模型，然后理解当前计算机无法回答的开放性问题，例如为什么某些材料即使在相对较高的温度下也能导电而没有任何损失。” ”

该实验的奇点在于，他们成功地将锶气体带入量子状态，将其放置在光学晶格中，原子可以通过碰撞相互作用，然后应用单原子成像技术。 这些元素共同使 ICFO 的锶量子气体显微镜在同类产品中独一无二。

为什么是锶？

到目前为止，这些显微镜装置依赖于锂和钾等碱性原子，与锶等碱土原子相比，它们的光谱特性更简单。

近年来，锶的特性使其成为量子计算和量子模拟领域应用的热门元素。 例如，锶原子云可以用作原子量子处理器，它可以解决超出当前经典计算机能力的问题。

QUIONE，真实晶体的量子模拟器

研究小组首先降低了锶气体的温度。 利用多束激光束的力量，原子的速度可以降低到几乎保持静止的程度，在短短几毫秒内将其温度降低到几乎绝对为零。 那时，原子表现出新的行为，如量子叠加和纠缠。

蛋杯中的原子相互作用，有时会表现出量子隧道效应，从一个地方移动到另一个地方。 原子之间的这种“量子动力学”模仿了某些材料中的隧道效应。 因此，对这些系统的研究可以帮助理解某些材料的复杂行为，这是量子模拟的关键思想。

东芝合作将 QKD 通信范围扩大一倍

东芝欧洲 和 单量子BV 合作测试和验证量子密钥分发 (QKD) 技术的长距离部署。

在对东芝的 QKD 技术和 Single Quantum 的超导纳米线单光子探测器 (SNSPD) 进行扩展验证测试后，合作伙伴宣布推出一种解决方案，可大幅扩展光纤连接上 QKD 部署的传输范围，最高可达 300 公里。

QKD 利用光的量子特性来生成量子安全密钥，这些密钥不受高性能传统计算机和量子计算机解密的影响。 东芝的 QKD 部署在光纤网络上，要么与部署的“点亮”光纤上的传统数据传输共存，要么与专用量子光纤上共存。

东芝的 QKD 技术可以使用标准集成半导体设备在单条光纤链路中传输距离长达 150 公里的量子安全密钥。 由于量子信号沿光纤长度的衰减，实现更长距离的 QKD 传输具有挑战性。 为了提供扩展的 QKD 传输，运营商通常将链路连接在一起。

东芝量子技术部门负责人 Andrew Shields 博士表示：“有远见的组织已经在网络上部署 QKD，以保护其数据免受量子计算机带来的风险。”