量子技术通常采用由例如单个电子、光子或原子组成的量子比特(也称量子位)。荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)的一组研究人员现在已证明了将任意量子比特状态从单个光子传送到光机械设备上的能力，该设备是由包含数十亿硅原子组成的机械结构。他们的突破性研究现已发表在《自然光子学》杂志上，它使一些现实世界的应用成为可能，例如量子互联网中继器节点，同时还允许以新的方式研究量子力学本身。

量子光力学领域使用光学手段来控制量子范围内的机械运动。大约十年前，微型机械设备中的第一个量子效应得到了证明。此后的集中努力导致了光机械设备之间的纠缠态以及光机械量子存储器的演示。现在，Kavli生物纳米科技研究所(KIBST)和TU Delft量子纳米科学系的Simon Gröblacher小组与巴西坎皮纳斯大学的研究人员合作，首次成功实现了将任意光学量子比特状态用隐形传态转移到了微机械量子存储器上。

量子隐形传态能将未知输入量子态忠实地转移到远程量子系统上，它是构建量子互联网所需的长距离量子通信协议的关键组成部分。就像常规互联网一样，在世界任何地方的量子设备之间分发量子信息都需要一个中继节点网络。每个节点都会将量子信息暂时存储在内存中，然后再将其传送到后续节点，从而最终建立远距离量子通信。

在他们的实验中，研究人员创建了以一个任意量子态偏振编码的光子量子比特。然后，他们将这个光子传输到数十米长的光纤上，并将其传送到由两个巨大的机械硅谐振器组成的量子存储器上，每个硅谐振器的大小约为10微米，由数十百亿个原子组成。量子信息存储在两个谐振器的单激发子空间中。为了测试该过程的可靠性，研究人员进一步证明他们可以从存储器中忠实地检索这种传送状态。

虽然量子隐形传态已经在各种量子系统中得到证明，但光机械设备的使用是一个突破，因为它们可以设计成在任何光波长下工作，包括低损耗红外电信光纤波长。Gröblacher说：“正是这种波长导致了最低的传输损耗，使得中继器节点之间的距离最长。这一里程碑之所以成为可能，是因为我们纳米制造的光机械系统的质量和灵活性，与大多数其他量子系统不同，它允许独立设计光学特性。未来的量子互联网无疑将利用该波长的现有电信网络。”

原则上，量子隐形传态可以在任意距离上进行。通过将数十米长光纤上的光子量子态传送到量子存储器上，研究人员证明了对全功能光机械量子中继器节点的需求。Gröblacher说：“我们现在必须将性能进一步提高到可以部署在实际应用中的系统所需水平，例如提高重复率、保真度以及量子比特隐形传态和存储的成功率。”根据坎皮纳斯大学研究员、该项目的合作者Thiago Alegre的说法，一种路线是设计对寄生光吸收具有弹性的光机械系统。“由于这些纳米设备制造很灵活，这可以实现。”

目前的研究是朝着Gröblacher的未来混合量子互联网愿景迈出一大步。他说：“我们正在努力打造一个异构网络，在这种网络中，你可以使用各种物理系统进行通信并执行不同的功能。你可能将光机械量子中继器节点分别连接到由超导量子比特或自旋量子系统组成的量子计算机或存储器。所有这些都必须彼此兼容并在相同波长下运行，以便忠实地传输量子信息。”

除了为新型量子技术提供构建模块外，将任意量子比特状态传送到大量机械振荡器的能力也可用于在基础层面测试量子物理本身。非常小的系统通常根据量子力学定律运行，而大型系统受经典物理定律支配。Gröblacher说：“实验排除了某些导致量子到经典转变的退相干机制理论，但我们离确定的答案还很远。由于扩展​​我们的光机械系统并使用隐形传态来创建有趣的量子态相对容易，因此这是理解这一边界的重要一步。”（编译:Qtech）