據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)2月23日?qǐng)?bào)道，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究院物理學(xué)家首次在兩個(gè)分隔的帶電原子（離子）之間建立了直接運(yùn)動(dòng)耦合，實(shí)現(xiàn)了原子之間的單量子能量交換。這一技術(shù)簡(jiǎn)化了信息處理過(guò)程，可用于未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)、模擬技術(shù)和量子網(wǎng)絡(luò)中。相關(guān)研究發(fā)表在2月23日的《自然》雜志上。
　　研究人員解釋說(shuō)，他們讓兩個(gè)鈹離子在電磁勢(shì)阱中震蕩進(jìn)行能量交換，這一交換中是以最小能量單位??量子來(lái)進(jìn)行的。這意味著離子被“耦合”在一起，表現(xiàn)出像宏觀世界中如鐘擺、音叉那樣的“和諧震蕩”，做重復(fù)的來(lái)回運(yùn)動(dòng)。
　　實(shí)驗(yàn)利用了一種單層離子勢(shì)阱，并將其浸在液氦浴中冷卻到零下269攝氏度。離子之間相隔40微米，漂浮在勢(shì)阱表面。勢(shì)阱表面裝有微小電極，讓兩個(gè)離子靠得更近，以便產(chǎn)生更強(qiáng)的耦合作用。超低溫度可以抑制熱量，避免擾亂離子行為。研究人員在勢(shì)阱上放了震蕩脈沖來(lái)檢測(cè)鈹離子頻率。   
　　研究人員還用激光制冷減弱兩個(gè)離子的運(yùn)動(dòng)，再用兩束反向紫外激光束將一個(gè)離子進(jìn)一步冷卻到靜止?fàn)顟B(tài)，調(diào)節(jié)勢(shì)阱電極間的電壓，就開(kāi)啟了耦合作用。經(jīng)測(cè)量，離子的能量交換每155微妙僅有幾個(gè)量子，而達(dá)到單個(gè)量子交換時(shí)頻率更低，間隔為218微秒。從理論上講，離子之間這種能量交換過(guò)程能一直持續(xù)，直到被熱量打斷。   
　　“首先，一個(gè)離子輕微震動(dòng)而另一個(gè)靜止，然后震動(dòng)傳給了另一個(gè)離子，它們之間的能量運(yùn)動(dòng)是一個(gè)最小的能量單位。”論文第一作者、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院博士后研究員坎頓?布朗說(shuō)，“我們可以調(diào)節(jié)耦合作用，影響能量交換的速度和程度，還能控制耦合作用的開(kāi)啟或終止?！庇秒姌O電壓來(lái)調(diào)整兩個(gè)離子的頻率，讓它們離得更近，耦合作用就開(kāi)始了。當(dāng)兩個(gè)離子頻率最接近時(shí)，耦合作用最強(qiáng)。由于正電荷離子之間的靜電作用，它們之間傾向于互相排斥。耦合使每個(gè)離子都具有了兩個(gè)電子的特征頻率。   
　　在未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)中，上述技術(shù)可用于解決量子系統(tǒng)的復(fù)雜問(wèn)題，破解當(dāng)今使用最廣的數(shù)據(jù)加密編碼。不同位置的離子直接耦合可以簡(jiǎn)化邏輯運(yùn)算，有助于校正運(yùn)算過(guò)程錯(cuò)誤。該技術(shù)還可能用于量子模擬，以解釋復(fù)雜量子系統(tǒng)如高溫超導(dǎo)現(xiàn)象的原理機(jī)制。   
　　研究人員還指出，類似的量子交換作用可以用來(lái)連接不同類型的量子系統(tǒng)，如離子和光子，在未來(lái)的量子網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息，如勢(shì)阱中的離子可以在超導(dǎo)量子比特（昆比特）和光子比特之間作“量子轉(zhuǎn)換器”。