来自早稻田大学、日本科学技术厅和奥克兰大学的一组科学家开发了一个集成全光纤耦合空腔量子电动力学(QED)系统，其中一米长的传统光纤无缝地、连贯地连接了两个纳米光纤空腔-QED系统。早稻田大学应用物理学教授、研究小组组长青木隆说：这种系统可能使量子计算成为可能，不受目前系统计算能力有限的限制，也不受量子计算机产生的量子信息传输和处理量子网络限制。在未来，这样的量子信息科学技术可能会帮助我们取得突破性进展，从而彻底改变我们的社会，比如新材料和药物的发现。
博科园-科学科普：该团队研究成果发表在《自然通讯》上。腔qed系统是一种光子(光的基本量子)和原子被限制在一个光学谐振腔内，并以量子力学的方式相互作用的系统。2012年物理学家谢尔盖·阿罗什(Serge Haroche)因其“开创性的实验方法，使测量和操纵单个量子系统成为可能”，获得诺贝尔奖。因此，人们对腔qed系统实现量子信息科学技术的期望也越来越高。为了实现这一技术，需要将多个腔体- qed系统集成到各个系统之间具有相干、可逆的耦合，但要获得足够高的耦合效率是非常具有挑战性。
全光纤耦合鱼子酱- qed系统的实验装置。图片：Aoki Laboratory, Waseda University
青木和团队通过演示一个由两个纳米纤维腔qed系统组成的系统来解决这个问题。Aoki解释说：在每个腔中，由几十个原子组成的集成体通过纳米纤维的倏灭场与腔场相互作用，纳米纤维的两端通过锥形区域与标准光纤相连，中间夹着一对光纤光栅镜。使用额外的标准光纤，可以以最小损耗连接多个谐振器，使两个纳米光纤腔QED系统的相干耦合动力学成为可能。这使得研究小组能够观察到原子和离域光子之间的可逆相互作用，这种相互作用距离达到前所未有的两米，这在任何量子光学系统中都是首次。
研究成果是朝着物理实现基于腔量子点的分布式量子计算和量子网络迈出重要一步。在量子网络中，大量腔量子点系统通过低损耗光纤通道连贯地连接在一起。在这样的系统中，整个网络上的量子纠缠可以决定论地产生，而不是概率论地产生。系统也为研究多体物理(大量粒子与原子和光子相互作用的集体行为)铺平了道路，包括光的量子相变等现象。该小组目前正在对该装置进行技术改进，以将其工作扩展到构建由相干耦合的单原子腔QED系统组成的光纤网络。这包括减少腔内不受控制的损耗，腔共振频率的主动稳定，以及延长纳米纤维附近陷阱中原子的寿命。
