通常的量子效应需要在几个原子间距且需要在低温或真空中才能实现，来自瑞士的科学家首次在室温下实现了一米远距离的量子传输，这一结果发表在近期发表的《Science》上。

研究人员首次实现了在远距离量子系统之间建立了强耦合。为了实现这一点，他们采用一种新颖的办法，通过一个激光循环来连接系统，使得信息交换时的损失几乎没有，而且他们之间还存在非常强烈的相互作用。这一研究成果被来自瑞士巴塞尔大学的科学家及其合作者汉诺威大学的研究人员发表在近期的美国《Science》杂志上。在该杂志的报道中，他们提到，这一新的方法为量子网络的新的传输和传感技术新的应用开辟了新的无限可能。

一个激光循环光连接纳米机械膜和原子云的自旋 图片来源：巴塞尔大学

量子技术是当前世界上研究作为活跃和前沿的领域之一。该技术综合了原子、光和纳米结构的 量子机械状态的特殊性质的优点，举例来说，用于先进医疗和现代导航的传感器、信息处理所用的网络和材料科学中所用的强大的模拟装置，都需要这一技术的有力支撑。产生满足我们所需要的量子状态通常需要系统之间能够发生强烈的相互作用。发生这一相互作用之间的距离通常在几个原子和纳米结构之间的范围内。

然而，比较遗憾的是，直到今天，足够充分且有效的强相互作用发生的距离太短。典型的距离一般发生在两个系统靠的非常近，几乎在在同一个芯片上，同时还需要在足够低的温度下或者是在真空的环境下才能发生。他们之间的相互作用也是通过静电或者静电磁力发生作用。如果两个系统之间的距离太远，现有的技术就 不能满足。但实际上我们所需要的多数应用，如量子通信或某些特殊场合所用的通讯传感器，都是需要在远距离的情形下使用。所以实用化的量子通信必须要能够实现远距离传输才行。

一个来自瑞士的巴塞尔大学物理系教授 Philipp Treutlein团队的带领下，已经成功的首次实现在远距离的情况下在两个系统之间建立起强烈的相互作用。这一实验在是在室温的条件下完成的。在他们的研究实验中，研究人员使用激光来耦合100纳米厚度的薄膜的振动，使原子的自旋转在一米远的距离上产生了量子效应。结果，薄膜的每一波动都可以促成原子自旋转的运动，反过来也能如此。

目前研究人员已经首次实验证实了他们的设想。采用激光来实现量子系统的耦合非常灵活和方便，Treutlein说道。我们可以在系统之间非常灵活的控制激光，这样可以让我们利用不同类型的发生器和激光来产生不同类型的相互作用，从而制作出不同类型的传感器。

除了在纳米机械薄膜中的原子耦合之外，这一新的方法也有可能应用在系统系统当中。如耦合超导量子比特;或用于量子计算研究所用的固态自选系统。这一光-媒介耦合新技术可以应用于如下系统的相互连接，如用于信息处理和数值模拟的量子网络通讯的建立。Treutlein 深信，这一新的，高度有用的工具可以成为我们量子技术应用的好工具。

未来的全球量子计算机 来自：Delft University of Technology

量子信息传输图 来源：Joerg Bochmann & Amit Vainsencher, UCSB

参考文献：

1.Joerg Bochmann, et al., “Nanomechanical coupling between microwave and optical photons,” Nature Physics, 2013; doi:10.1038/nphys2748

2.“Microwave-to-optics conversion using a mechanical oscillator in its quantum ground state” by Moritz Forsch, Robert Stockill, Andreas Wallucks, Igor Marinkovi, Claus Grtner, Richard A. Norte, Frank van Otten, Andrea Fiore, Kartik Srinivasan and Simon Grblacher, 7 October 2019, Nature Physics.

DOI: 10.1038/s41567-019-0673-7

3.“Gallium phosphide as a piezoelectric platform for quantum optomechanics” by Robert Stockill, Moritz Forsch, Grégoire Beaudoin, Konstantinos Pantzas, Isabelle Sagnes, Rémy Braive and Simon Grblacher, 20 September 2019, Physical Review Letters.

来源：

Light-mediated strong coupling between a mechanical oscillator and atomic spins 1 meter apart，Thomas M. Karg, Baptiste Gouraud, Chun Tat Ngai, Gian-Luca Schmid, Klemens Hammerer, Philipp Treutlein,