藝術家的插圖描繪了鐿離子與周圍的原釩酸釔晶體的量子自旋。原子的自旋態可以用作處理單元（如計算機晶片上的電晶體）。透過使用鐿同時控制四個釩原子，工程師們能夠實現一個 2 量子位處理器，這是開發量子計算機和量子網路的重要組成部分。
新技術可以使量子網路成為可能。
加州理工學院的工程師開發了一種量子儲存方法，可以幫助為大規模光學量子網路的發展鋪平道路。
新系統依賴於核自旋——原子核的角動量——以自旋波的形式集體振盪。這種集體振盪有效地連結了幾個原子來儲存資訊。
這項工作在發表在《自然》雜誌上的一篇論文中有所描述，它利用了由鐿 （Yb） 離子製成的量子位元（或量子位元），鐿離子是一種也用於鐳射器的稀土元素。該團隊由應用物理和電氣工程教授 Andrei Faraon （BS ‘04） 領導，將離子嵌入到原釩酸釔 （YVO4） 的透明晶體中，並透過光學和微波場的組合操縱其量子態。然後，該團隊使用 Yb 量子位來控制晶體中多個周圍釩原子的核自旋狀態。
“根據我們之前的工作，單個鐿離子被認為是光學量子網路的優秀候選者，但我們需要將它們與額外的原子聯絡起來。我們在這項工作中證明了這一點，” Nature論文的共同通訊作者 Faraon 說。
該裝置是在加州理工學院的 Kavli 奈米科學研究所製造的，然後在 Faraon 的實驗室中進行了非常低的溫度測試。
一種利用糾纏核自旋作為量子儲存器的新技術受到核磁共振 （NMR） 方法的啟發。
“為了將量子資訊儲存在核自旋中，我們開發了類似於醫院使用的 NMR 機器的新技術，”加州理工學院博士後研究員、該論文的共同通訊作者 Joonhee Choi 說。“主要挑戰是調整現有技術以在沒有磁場的情況下工作。”
該系統的一個獨特之處在於，釩原子按照晶格的規定在鐿量子位周圍預先確定了位置。團隊測量的每個量子位元都有一個相同的記憶體暫存器，這意味著它將儲存相同的資訊。
“可重複且可靠地構建技術的能力是其成功的關鍵，”該論文的第一作者、研究生 Andrei Ruskuc 說。“在科學背景下，這讓我們對鐿量子位元與其環境中的釩原子之間的微觀相互作用獲得了前所未有的洞察力。”
這項研究是 Faraon 實驗室為未來量子網路奠定基礎的更廣泛努力的一部分。
量子網路將透過在量子而非經典水平上執行的系統連線量子計算機。理論上，量子計算機有朝一日能夠利用量子力學的特殊特性（包括疊加）比經典計算機更快地執行某些功能，疊加允許量子位元同時將資訊儲存為 1 和 0。
與經典計算機一樣，工程師希望能夠連線多臺量子計算機以共享資料並協同工作——建立一個“量子網際網路”。這將為多種應用開啟大門，包括解決單個量子計算機無法處理的大型計算的能力，以及使用量子密碼學建立牢不可破的安全通訊。
