量子处理器的一个有用的应用光谱测量的改进

　　激光冷却铷原子的实验装置，在可见光下处理量子数据（左）。激光束的实验装置，编程在原子内部捕获的光中进行的量子操作（右）。来源：华沙大学
　　几年前，来自量子光学技术中心和华沙大学物理系的物理学家在波兰设计并建造了第一个量子存储器，并进一步发展成量子处理器。
　　＂我们的处理器基于冷原子云，它们可以有效地存储和处理来自光的信息，＂量子光学器件实验室的负责人michalparniak博士描述道。
　　最近发表在 自然通讯 博士生Mateusz Mazelanik和Adam Leszczynski与Michal Parniak博士一起证明装置可以解决现实世界中的问题，这是标准处理器无法解决的；它可以作为超分辨率光谱仪的一部分。
　　第一作者MateuszMazelanik评论说：＂我们从单个光子中挤出尽可能多的信息，因此测量变得非常有效。＂。
　　来自不同物体的光包含了大量的信息，比如这些物体是由什么物质构成的。此信息在中可见光谱（当光分散在棱镜中时，你可以看到光谱）。
　　论文的第一作者（左）马特乌斯·马泽拉尼克（Mateusz Mazelanik）和量子光学器件实验室的经理迈克尔·帕尼亚克博士（Dr Michal Parniak）在基于量子存储器的光处理器旁边。来源：华沙大学
　　从一个遥远的恒星告诉我们恒星是由哪些元素组成的（这就是我们如何知道其他星系中的恒星是由什么组成的）。当我们通过一种溶液或一种物质时，我们能够确定它是由什么组成的，也就是说，它是否含有毒素。收集和分析这类信息的科学称为光谱学（也称为光谱法）。这个科学领域生物学家、物理学家、天文学家、化学家和医生每天都在使用。
　　但是在光谱学中有一个重要的限制，称为瑞利极限，即不能以无限的精度获得光的信息。光谱中的一些信号，即光谱线，可能非常相似，以至于传统的光学光谱仪无法区分它们。
　　帕尼亚克博士说：＂我们的设备和算法不仅使我们能够更有效地从光中收集信息，而且还可以改进将信息＂塞进＂光线中的能力。他指出，这种想法也可以用于电信领域，在那里，更有效的数据存储和光处理变得至关重要。
　　尽管人们一直在努力规避光谱的局限性，但华沙大学的研究人员利用量子信息科学的解决方案，以一种完全非传统的方式演示了如何做到这一点。因为在哪里经典物理学无法应付，量子物理学有时提供了一整套可能性。
　　华沙大学的物理学家们制造了一种装置，通过使用来自特定物体的少量光，可以获得高分辨率的光谱学（15khz，即万亿分之四十）。＂我们的光谱仪使用的光子比假设的传统光谱仪少20倍，超过了经典极限，＂Mateusz Mazelanik说，＂但这是一个了不起的成就，因为实际上并不存在具有类似分辨率的经典设备。＂
　　这个处理器是在华沙大学制造的，它使用了数十亿个冷却后的铷原子云，放置在真空场中，以便进行计算（原子在肉眼-在照片中-在设备左侧的紫玻璃室中有一个红点）。
　　如果将原子置于磁场中并用激光照射，则可以控制它们执行特定的逻辑操作，例如处理光谱上的信息光它们被照亮了。
　　量子效应被用于计算，因此＂冷原子云＂中的计算并不能取代传统的二进制计算，而是增加了一个新的质量水平。
　　＂我们想到了量子处理器＂可以用来解决光谱学中的特殊问题，＂Michal Parniak博士说，他强调到目前为止，找到量子处理器的实际应用，并用独特的解决方案来设计这样的设备还不是很明显。