QOT量子光学技术中心的研究人员，制造了一种能够在微波光子和光子之间转换量子信息的设备
发表在Nature Photonics上的研究结果强调了一种新的微波探测方法，该方法可能应用于量子技术，作为量子网络基础设施的一部分，以及微波射电天文学。
量子信息的转换
每当你在手机或电脑上听歌时，就会发生信息转换——设备内存中的数字编码文件被转换成驱动耳机的电流。同样地，我们可以转换以光子(光的最小量子)编码的量子信息。
例如，我们可以将信息从一个微波光量子传输到一个单光量子。然而，能够实现单光子操作的设备是相当困难的，因为它们需要非常精确并且引入很少的噪声。此外，使这项任务具有挑战性的是，光学光量子的能量是微波光量子的一万倍，而且很少有介质能够同时与这两种光子相互作用。
然而，量子信息的转换对混合量子网络至关重要，混合量子网络连接不同的量子设备，如量子计算机。量子计算可以通过微波光子与超导电路相互作用来实现，但由于噪声的积累，以这种方式编码的量子信息的远距离传输存在挑战。
然而，对于光量子来说，这不再是一个问题，光子可以通过光纤有效地发送量子信息。因此，量子信息的微波-光转换器可以成为量子网络适配器的关键部分-量子计算机和量子互联网之间的接口。
增大原子
一种已知的可以与微波和光子相互作用的介质是里德堡原子，它是以约翰内斯·里德堡的名字命名的，他在19世纪之交研究光谱学，并提出了著名的里德堡公式。里德伯原子可以通过激光激发价电子产生，例如铷原子。
这使得原子的大小增加了一千倍，并获得了许多有趣的特性，这是科学界的一个热门研究课题。在这种情况下，重要的是要知道里德堡原子对微波辐射非常敏感。
到目前为止，微波到光的转换只在复杂磁光捕获装置中捕获的激光冷却原子中得到了证明。University of Warsaw的科学家首次证明，在室温下，在玻璃电池内的原子蒸汽中，可以实现微波到光学的转换。
所提出的变换器设计明显更简单，并可在未来进一步小型化。此外，新的转换方案显示出非常低的噪声水平，因此甚至可以对单个光子进行操作。尽管新的转换器设置要简单得多，但转换的参数却出奇地好。
特别是，UW的发明可以不间断地工作，因为原子不必按照特别设计的时间顺序制备，而在其他团队所做的实验中，原子制备可以占用设备运行时间的99%以上。
利用转换装置，科学家们演示了在室温下探测微波热辐射——这是第一次不使用微波天线或特殊的低噪声放大器。为了达到热水平，该设备必须对单光子敏感，但尽管如此，与其他标准微波设备相比，该转换器可以在强一百万倍的微波辐射下工作，并且不会被更强的场损坏。
未来在于微波
快速发展的量子技术使用了多种信息载体。基于超导结的量子计算机以微波频率存储信息，而量子存储器则主要基于光子。与量子网络适配器类似，这两种设备之间的互连需要一个既能在微波领域又能在光领域有效工作的接口。里德伯原子在这里被认为是解。
单光子微波操作在天文观测中非常重要，通过测量宇宙微波背景来研究遥远天体的性质或早期宇宙的形状。到目前为止，在微波光子中保留量子信息的测量是不可能的，微波到光学的转换可能会创造一个全新的微波射电天文学分支。
日常的大众传播也可以从微波探测的发现中受益。下一代移动技术将大量利用高频微波传输频段，这在传统电路中难以发射和检测。有一天，原子微波传感器可能会成为高速互联网连接的关键部分。
这就是为什么在量子光学技术中心(QOT)以及世界各地的科学机构中，正在进行如何将量子技术应用于超灵敏微波探测的研究。
