镱：彻底改变长距离量子网络

量子密码学是一种尝试，使用户能够通过比传统密码学所保证的更安全的技术进行通信。目前，它使用超过数百英里的光纤，可以完成许多传统通信系统无法完成的加密任务。

复制以量子态编码的信号是不可能的：如果有人试图读取编码数据，它就会改变状态（消失）。然而，同样的事实也阻止了研究人员放大信号以将其传播到更远的距离。主要挑战是构建一个可以保存光携带的量子数据的存储器。

现在，瑞士日内瓦大学的研究人员发现了一种元素，可以存储脆弱的量子数据，而不会在高频下扭曲数据。

世界各地的科学家正在努力制造量子存储器，通过保持和同步光子来重复量子信号，以便它们可以传播更远的距离。

为了构建这样的量子存储器，我们需要找到一种合适的材料，能够将光子（携带量子数据）保存几秒钟，使其免受外部干扰，从而使它们能够同步。

由于光子每秒传播 186,282 英里，研究人员必须找到一种能够很好地隔离环境干扰并能够在高频下高效工作的材料——这两个特性在单一材料中很难找到。

我们已经有了一些基于镨或铕等稀有材料的原型，但它们效率不高。因此，研究人员将兴趣转向了尚未深入研究的元素：镱。

参考：自然材料 | doi:10.1038/s41563-018-0138-x |日内瓦大学

他们发现镱可以将原子与周围环境隔离，从而使信号失真，使其成为量子中继器的完美候选者。

研究小组通过改变磁场的方向和幅度发现了一个“魔点”。此时，镱原子的相干时间提高了 1,000 倍，同时在高频下发挥作用。

镱晶体冷却至270.15摄氏度

他们表明，通过极低的磁偏置场降低跃迁梯度，或者通过在零场下使用感应时钟跃迁，可以同时增强自旋和光学相干时间。它适用于任何具有超精细相互作用和各向异性塞曼的电子自旋系统。

研究人员目前正在开发基于镱的量子存储器，它可以帮助从一个中继器快速过渡到另一个中继器，同时保持光子状态一秒钟左右，以实现同步。

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该材料具有许多独特的特性，例如光学解析的光学超精细跃迁、简单的超精细流形和长相干时间，使其成为量子数据应用的完美候选者。此外，它还可用于量子存储器中的应用，以及与微波范围内的超导量子位的耦合。

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