量子计算机已不是科幻小说中的事物，现在它已成为世界上一些最大科技公司无数研究和行业努力的源泉。这些计算机仍处于概念上的初级阶段，预计将以惊人的速度和范围处理数据，这是目前技术无法实现的。它们还可能帮助我们解决尚未解决的数学问题，并帮助我们获得量子现实，但这在今天主要还是一个理论构建。

常规计算机通过“比特”运行，这种存储单元可以以0或1的状态存在。但量子存储器单元或量子比特能同时保持两种状态——这种现象被称为“叠加”。就处理能力而言，一个量子比特相当于许多常规比特，但它对物理环境特别敏感，因此会在极短的时间内丢失其存储的数据。

以色列魏茨曼科学研究所物理系Ofer Firstenberg博士小组的Or Katz博士和Roy Shaham博士与以色列拉斐尔先进防御系统公司进行了一项合作研究，他们提供了一种以量子比特存储数据的创新方法，并且要比以前可能的时间长得多。

量子系统已经被研究了20多年，由于电子具有独特的”自旋”属性，量子系统因此能够存储数据。自旋描述了电子(原子核周围的粒子)围绕其轴的旋转或自旋。当自旋相对稳定时，在明确的条件下，电子可以顺时针或逆时针旋转。自旋的另一个特性是，当两个原子碰撞时，它们的自旋要么保持原来的方向，要么相互转换方向。这样，自旋可以被视为一个数据存储系统。例如，在这个系统中定义顺时针自旋为1，逆时针自旋为0。

为了将原子存储器转换为量子存储器，包含有处于叠加态的单光子的激光束构成了用于存储的数据。激光束射向一个密封的玻璃池，该池包含了数十亿处于气态的原子，在没有被检测的情况下，改变其中一个原子中电子的自旋方向。接下来，可以以一种方式激发气体原子，使自旋颠倒的电子将在原激光束的轨道上发射一个新的光子，但远离它的源。这种设计使得量子存储单元的寿命相对以前变得较长，尽管它仍然很短——不超过零点几秒。

魏茨曼研究所的科学家们假设，使用类似光子和气体系统(以前从未用于量子计算)可能会显著延长量子比特的寿命。在这个系统中，密封罐包含两种气体。碱性气体(如铷或钾)首先被用来接收来自激光束的光子中存储的信息，然后通过碰撞，它被转移到一种稀有惰性气体(如氦-3)。

稀有惰性气体的电子没有自旋，但它们的原子核却有自旋，并且可以保持其方向长达数月之久。为了访问存储的数据，碱性气体在通过碰撞接收到稀有惰性气体的量子数据后被激发，然后以光子的形式释放出来。在2021年初发表的一篇文章中，Firstenberg小组的研究人员展示了这一复杂过程的各个环节，并演示了光子和原子核自旋之间的双向通道。

研究人员估计，虽然经典信息从碱性气体的电子传递到惰性气体的原子核需要很长时间，但量子信息传递将是一个相当快的过程。在这种情况下，所需要的只是在一个光子、一个碱性气体电子和一个惰性气体原子核之间建立一个通信通道。其目标是最终产生一种叠加状态，而不考虑碰撞原子的个体。在最近发表的另一项研究中，研究团队展示了一种优化系统的构建，该系统能够实现特别高效的数据传输，并有可能用来构建稳定的量子存储系统。

然而，量子技术的实现之路是漫长的。理论和实验研究都推动了这一创新概念的发展，并逐步实现了通过光子改善量子计算机间的通信技术。其他几个研究小组也在遵循这一方法，并正面临着“保持量子比特活力”的巨大挑战。（编译:Julien）