摘要：想象一下，你可以用自己的眼睛看到量子物体 —— 不需要显微镜。这正是维也纳工业大学和意大利科技大学的研究人员在超导电路中所取得的成果，这种人造原子按照量子标准是巨大的。

想象一下，你可以用自己的眼睛看到量子物体 —— 不需要显微镜。这正是维也纳工业大学和意大利科技大学的研究人员在超导电路中所取得的成果，这种人造原子按照量子标准是巨大的。

与天然原子不同，这些结构可以被设计成具有可定制的特性，使科学家能够以前所未有的方式控制能级和相互作用。通过将它们结合起来，他们已经开发出一种存储和检索光的方法，为革命性的量子技术奠定了基础。这些工程系统还可以实现精确的量子脉冲，并作为一种量子存储器，在量子水平上提供前所未有的光控制水平。

巨大的量子物体——肉眼可见

许多量子物体，如单个分子或原子，都很小，只有用专门的显微镜才能观察到。然而，维也纳理工大学原子与亚原子物理研究所的Elena Redchenko所研究的量子结构是不同的 —— 它们大到足以用肉眼看到，尽管只需要一些努力。这些物体的直径为数百微米，按照日常标准来看仍然很小，但在量子物理学领域却是巨大的。

这些大的量子物体是超导电路，当冷却到低温时，这种结构允许电流无阻力地流动。与自然原子不同，自然原子具有由自然决定的固定属性，这些人工结构可以精确地定制。这种灵活性使科学家能够在受控环境中操纵和研究各种量子现象。它们通常被称为“人造原子”，它们的物理性质可以被改造以适应特定的实验。

通过耦合这些人造原子，研究人员开发了一个能够存储和检索光的系统 —— 这是未来量子实验的关键一步。这一突破是由ISTA的Johannes Fink研究小组实现的，维也纳工业大学理论物理研究所的Stefan Rotter也做出了理论贡献。这些发现最近发表在《物理评论快报》上。

定制的“原子”——工程量子特性

量子物理学的一个关键特性是某些物体只能假设非常特定的能量值。“在原子核周围运动的电子可以处于低能态或高能态，但永远不会处于两者之间，”这篇论文的第一作者埃琳娜·雷德琴科（Elena Redchenko）说。“介于两者之间的所有值在物理上都是不可能的。然而，对于我们的人造原子，我们可以选择允许的能量值。对于每个人造原子，我们可以精确地设定物理上允许的能量值之间的距离应该有多大。”

微波通过一种特殊的金属线（谐振器）直接穿过超导人造原子。这些微波现在影响着超导人造原子：一些微波辐射可以从电线进入人造原子，然后再回来。这种相互作用的强度也可以特别调整。

“我们可以证明光子在电线中的微波和人造原子之间以一种精确可预测的方式交换，”雷德琴科说。“这是唯一可能的，因为我们的人造原子给了我们大量的工程自由来定制我们的系统，以满足我们的确切要求。这意味着我们现在可以实现用原子或其他自然量子物体无法想象的事情。”

量子光脉冲与时间控制

如果对人造原子进行适当的调整，就有可能产生非常特殊的光脉冲节奏。“我们向电线中发送一个短的经典微波脉冲，但与人造原子的相互作用可以产生一系列量子光脉冲，这些光脉冲由我们可以控制的时间间隔分开。它就像一个芯片上的量子计时器，”埃琳娜·雷琴科解释说。

雷德琴科说：“在我们的工作中，我们已经展示了这个系统是多么的灵活，它可以多么精确地用于非常不同的量子实验。”“例如，你可以用它来产生单独的、清晰分离的光子 —— 这对许多实验都很重要。但你也可以用它来暂时储存光子一段时间，直到它们再次被释放 —— 这是另一项有望带来令人兴奋的新应用的技术。”

来源：知新了了