摘要：在量子技术的开创性成就中，研究人员使用半导体量子点内的原子创建了功能量子寄存器。...

在量子技术的开创性成就中，剑桥大学卡文迪许实验室的研究人员使用半导体量子点内的原子创建了功能量子寄存器。

发表在自然物理学，这项明了引入一种新型的光学连接量子位 - 量子网络开发的关键进步，在量子网络的开发中，稳定，可扩展和多功能量子节点至关重要。

量子点是纳米级对象，具有来自量子机械效应的独特光学和电子特性。这些系统已经用于显示屏幕和医学成像等技术，并且它们在量子通信中的采用主要是由于它们作为明亮的单光子来源运行的能力。但是，有效的量子网络不仅需要单光子发射。他们还需要稳定的量子位，这些量子比可以与光子相互作用并在本地存储量子信息。新研究建立在原子的固有旋转基础上，形成量子点作为功能正常的多体量子寄存器，以存储长时间的信息。

多体系统是指相互作用的粒子的集合 - 在这里，量子点内的核自旋 - 其集体行为产生了单个组件中不存在的新的新兴特性。通过使用这些集体状态，研究人员创建了一个强大而可扩展的量子寄存器。

剑桥团队与林茨大学的同事密切合作，成功地将13,000个核自旋准备成一个集体的，纠结的旋转状态，称为“黑暗状态”。这种黑色状态减少了与环境的相互作用，从而导致更好的连贯性和稳定性，并用作量子寄存器的逻辑“零”状态。他们引入了一种互补的“一个”状态，作为单个核镁激发 - 这种现象代表了一种连贯的波浪样激发，涉及单个核自旋翻转通过核合奏传播。这些状态共同使量子信息能够以高忠诚编写，存储，检索和读取。研究人员以完整的操作周期证明了这一点，达到了近69％的存储保真度，相干时间超过130微秒。这是量子点作为可伸缩量子节点的主要一步。

“这一突破证明了多体物理学在改变量子设备方面所具有的力量，”研究研究的作者米特·阿图尔（MeteAtatüre）说，卡文迪许实验室的物理学教授。 “通过克服长期存在的局限性，我们展示了如何用作多Qubit节点的量子点，为量子网络铺平了道路，并在通信和分布式计算中应用了应用。在2025年的国际量子年中，这项工作还强调了在Cavendish实验室在Cavendish实验室实现的创新步伐，以实现量子技术的承诺。”

这项工作代表了半导体物理学，量子光学和量子信息理论的独特婚姻。研究人员利用先进的控制技术在砷化衣（GAAS）量子点上对核自旋两极，从而为稳健的量子操作创造了低噪声环境。

该项目兼量子技术副教授Dorian Gangloff解释说：“通过应用量子反馈技术并利用GAAS量子点的显着统一性，我们克服了由不受控制的核磁相互作用引起的长期挑战。” “这一突破不仅建立了量子点作为操作量子节点，而且还解锁了探索新的多体物理和新兴量子现象的强大平台。”

展望未来，剑桥团队的目标是将量子寄存器可以通过改进其控制技术来扩展其量子寄存器可以将信息存储到数十毫秒的时间。这些改进将使量子点适合作为量子中继器中的中间量子记忆 - 连接远量子计算机的关键组件。这个雄心勃勃的目标是他们新的Quantera Grant，Meedgard与Linz和其他欧洲合作伙伴合作的重点，以使用量子点来推进量子记忆技术。他们目前的研究得到了EPSRC，欧盟，美国海军研究办公室和皇家学会的支持。