创新背景

量子计算机仍处于概念起步阶段，预计将以惊人的速度和范围处理数据，这是现有技术无法实现的。它们可以帮助解决尚未解决的数学问题，并总体上调解对量子现实的访问。虽然普通计算机通过“比特”（一种可以以 1 或 0 状态存在的存储单元）运行，但量子存储器或量子比特的单位同时保持这两种状态——这种现象被称为“叠加”。就其处理能力而言，一个量子比特相当于许多常规比特，但同时它对其物理环境特别敏感，因此在很小的几分之一秒内丢失其存储的数据。

创新过程

量子系统能够存储数据，自旋描述了电子（围绕原子核的粒子）围绕其轴的旋转或自旋。当自旋相对稳定时，在明确定义的条件下，可以说电子顺时针或逆时针旋转。自旋的另一个属性是当两个原子碰撞时，它们的自旋要么保持其原始方向性，要么相互切换方向。通过这种方式，自旋被视为数据存储系统：例如，顺时针自旋在此设置为1，逆时针自旋为0。

为了将原子存储器转换为量子存储器，包含处于叠加状态的单个光子的激光束构成了用于存储的数据。激光束瞄准一个密封的玻璃电池，其中包含数十亿个处于气态的原子，改变构成气体的一个原子中一个电子的自旋方向。然后，气体原子可以被激发，具有反向自旋的电子将在原始激光束的轨迹中发射一个新的光子，但远离其源头。这种安排导致量子存储单元的寿命相对较长，但它仍然很短，不超过零点几秒。

魏茨曼科学研究所复杂系统物理系研究人员提供了一种创新的方法，可以将数据存储在量子位中比以前更长的时间。科学家假设，使用以前从未用于量子计算的光子和气体系统可以延长量子比特的寿命。在该系统中，密封罐包含两种类型的气体。碱性气体，如铷或钾，首先用于接收存储在激光束进入的光子中的信息，然后通过碰撞将其转移到稀有惰性气体中，例如氦-3。

不同量子记忆系统的寿命说明 - 从存储在铷（Rb）电子中的量子信息到氙（Xe）和氦-3（He）原子核中的量子信息。

稀有惰性气体的电子没有自旋，但它们的原子核可以保持其方向长达数月。为了访问存储的内存不足，碱性气体在通过碰撞从惰性气体接收量子数据后被激发，然后以光子的形式发射。研究人员评估认为，虽然经典信息从碱性气体的电子转移到惰性气体的原子核需要很长时间，但量子信息转移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、一个光子、一个碱性气体电子以及惰性气体的一个原子核。目标是最终产生一种叠加状态，而不管碰撞原子的个体身份如何。研究小组展示了一种最佳系统的构建，该系统能够实现特别有效的数据传输，并有可能产生稳定的量子存储系统。

创新关键点

创新将光子和气体系统用于量子计算研究，通过光子和两种气体之间的碰撞激发构建稳定的量子存储系统，改善信息存储量。

创新价值

研究推动量子计算进入新的研究和应用方向，有助于实现通过光子改善量子计算机之间通信的技术突破。