用于量子信息传输的囚禁离子天线

一百多年前，海因里希·赫兹成功利用电磁振荡器将信号传输到数米外的接收天线，从而证明了詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的电磁理论[1]。自那时起，技术不断发展，如今在量子力学层面已存在多种振荡器。对于量子化的电磁振荡，可以利用腔中的原子来耦合电场[2, 3]。对于机械振荡器，例如用悬臂梁[4, 5]或囚禁原子[6]或离子[7, 8]的振动模式实现的振荡器，迄今为止，在两个此类振荡器之间建立量子力学连接仅在极少数情况下得到证明，并且仅通过间接方式实现。这方面的例子包括机械传输携带量子信息的原子[9]或使用自发发射的光子[10]。在这项工作中，利用偶极-偶极相互作用作为量子力学传输线[11]，在相隔54微米的距离上，实现了分别囚禁的离子运动偶极子之间的直接耦合。这种相互作用在单个囚禁离子之间很弱，但通过使用额外的囚禁离子作为天线，耦合被放大。与单离子情况相比，每个势阱中有三个离子时，相互作用增强了七倍。这种增强有助于桥接更远的距离，并放宽了对陷阱电极小型化的限制。这代表了量子计算的一个新构建模块，也为耦合不同性质的量子系统提供了新的机会。