研究人員發現了一種新材料，可用於快速存儲和重複量子信號-這是邁向全球量子網絡的一個很有希望的步驟。
這張照片顯示的是一種用作量子存儲器的稀土晶體，晶體冷卻到絕對零度以上3度。
量子通信和密碼學是高安全通信的未來.。但是，在建立一個世界範圍的量子網絡之前，還存在許多挑戰，其中包括長距離傳播量子信號。主要的挑戰之一是創造出能夠存儲光攜帶的量子信息的存儲器。瑞士日內瓦大學(UNIGE)的研究人員與法國國家遙感中心(CNRS)合作，發現了一種新材料，在這種材料中，一種名為鐿（ Ytterbium ）的元素即使在高頻下工作，也能存儲和保護脆弱的量子信息。這使得鐿成為未來量子網絡的理想候選者，其目標是通過中繼器的作用在長距離的距離上傳播信號。這些研究結果發表在“自然材料”雜誌上。
量子密碼技術今天使用的光纖長達數百公里，其特點是高度安全：要複製或攔截信息而不使其消失是不可能的。
然而，不可能複製信號的事實也阻止了科學家放大信號使其遠距離擴散，就像Wi-Fi網絡的情況一樣。
尋找合適的材料來製造量子存儲器
由於信號不能在不消失的情況下被複制或放大，科學家們目前正在研究如何通過捕獲光子並同步它們來使量子存儲器能夠重複它，從而使它們能夠被進一步擴散。剩下的就是找到合適的材料來製作這些量子存儲器。“困難在於找到一種材料，能夠將光子傳遞的量子信息從環境干擾中分離出來，這樣我們就能抓住它們一秒鐘左右，並使它們同步，”UNIGE科學院應用物理系的研究員Mikael Afzelius解釋說。“但是光子在一秒內傳播大約30萬公里！”這意味著物理學家和化學家必須發現一種物質，它與外界干擾隔離得很好，但仍能在高頻下工作，這樣光子就能被迅速儲存和恢復-這兩種特性通常被認為是不相容的。
稀土“聖盃”的“臨界點”
儘管實驗室測試過的量子存儲器原型已經存在，包括那些基於稀土的原型，如銪或釹，但它們的速度還不夠快。“因此，我們把興趣從元素週期表轉到了一種稀土上，到目前為止，元素週期表幾乎沒有引起人們的注意：鐿，”UNIGE科學院應用物理系教授、ID Quantity創始人尼古拉斯·吉辛(Nicolas Gisin)解釋道。吉辛教授補充說：“我們的目標是找到製作量子中繼器的理想材料，這涉及到將原子與其周圍的環境隔離開來，這往往會干擾信號。”鐿的情況似乎就是這樣！
UNIGE和CNRS的物理學家發現，通過將稀土置於非常精確的磁場中，稀土原子進入了一種不敏感的狀態，從而切斷了它與周圍環境的干擾，使它有可能捕獲光子，從而使它能夠同步化。“通過改變磁場的幅度和方向，我們發現了一個‘神奇點’，”UNIGE應用物理系的研究人員阿列克謝·蒂拉諾夫(Alexey Tiranov)和巴黎Chimie研究所的研究員菲利普·戈德納(Philippe Goldner)說。當達到這一點時，在高頻工作的情況下，鐿原子的相干時間增加了1，000倍！
鐿的益處
物理學家們現在正在建造以鐿為基礎的量子存儲器，這種存儲器可以快速地從一箇中繼器轉換到另一箇中繼器，同時儘可能長時間地保留光子以實現必要的同步。Afzelius總結說：“這種材料為創建全球量子網絡開闢了一個新的可能性領域；它還強調了在進行更多應用研究的同時進行基礎研究的重要性，例如設計量子存儲器。”
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