在量子科技领域，科学家们近日取得了一项重大突破，他们成功利用多体物理原理，将微小的量子点转变为稳定且可扩展的量子节点。这一创新成果为量子网络的构建奠定了坚实基础，为未来的通信和计算技术开启了全新篇章。
据悉，研究团队通过将量子点内部的核自旋纠缠到一种特殊的“暗态”，创造出了一种全新的量子寄存器。这种寄存器能够高保真地存储和检索量子信息，是构建高效量子网络的关键组件。这一技术的突破，使得量子网络从理论走向现实迈出了重要一步。
量子点，作为纳米级结构，具有独特的光学和电子特性。它们已经广泛应用于显示屏和医学成像等领域，而在量子通信方面，量子点因其能够发射单光子的特性而备受瞩目。然而，构建有效的量子网络并非易事，除了需要光子发射外，还需要稳定的量子比特来与光子相互作用，并在本地存储量子信息。
为了克服这一难题，研究团队利用量子点内的原子自旋，将其作为能够长时间存储信息的多体量子寄存器。他们通过多体物理原理，将13000个核自旋转化为集体纠缠态的“暗态”，这种状态减少了与环境的相互作用，从而提高了相干性和稳定性。同时，他们还引入了一个互补的“一”状态，作为单一的核磁振子激发，使得量子信息能够以高保真度被写入、存储、检索和读出。
在实验验证中，研究团队实现了近69%的存储保真度和超过130微秒的相干时间，这是量子点作为可扩展量子节点的重要里程碑。这一突破不仅证明了多体物理学在改造量子器件方面的强大力量，还为量子网络在通信和分布式计算中的应用铺平了道路。
该研究的共同主要作者、卡文迪什实验室的物理学教授Mete Atatüre表示：“通过克服长期存在的局限性，我们展示了量子点如何作为多量子比特节点，为量子网络的发展带来了前所未有的机遇。在2025年国际量子年，这项工作突显了卡文迪什实验室在实现量子技术前景方面的创新进展。”
研究团队还利用先进的控制技术在砷化镓（GaAs）量子点中极化核自旋，为稳健的量子操作创造了低噪声环境。他们通过应用量子反馈技术和利用GaAs量子点的显著均匀性，克服了由不受控制的核磁相互作用引起的挑战。这一突破不仅确立了量子点作为可操作的量子节点的地位，还为探索新的多体物理和新兴量子现象提供了强大平台。
