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科学家实现量子存储器的远距离纠缠

来源: 中关村经济发展网      日期:2020-02-16 14:31:49      

实验方案示意图   图片来源:《自然》

实验方案示意图  图片来源:《自然》

  2月13日,《自然》发表的一项研究演示了两个相距50公里的量子存储器的纠缠。这个距离比之前报道的距离要远得多,或为实现多节点、远距离纠缠铺平了道路,有助于量子互联网的开发。

  中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等与济南量子技术研究院和中国科学院上海微系统与信息技术研究所合作,在量子中继与量子网络方向取得突破。他们通过发展高亮度光与原子纠缠源、低噪高效单光子频率转换技术和远程单光子精密干涉技术,成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。

  量子通信需要传输纠缠粒子。远距离纠缠在过去二十年中取得了显著的进展,要实现远距离纠缠,需要让纠缠光子在光纤上的节点之间传输或通过卫星传输,但严重的传输损耗限制了光子分发的成功率。而对应普通计算机存储器的量子存储器,其纠缠也一直无法超越1.3公里的距离,意味着现有系统可能不具有拓展性。

  研究人员利用一种名为腔增强的量子效应来制备纠缠原子和光子,这种效应可以减少传输期间丢失的光子耦合。他们还自主研发了周期极化铌酸锂波导,通过非线性差频过程,将存储器的光波长由近红外转换至通信波段经过50公里的光纤仅衰减至百分之一以上,效率相比之前提升了16个数量级。

  为实现远程单光子干涉,团队设计并实施了双重相位锁定方案,成功地把经过50公里光纤的传输后引起的光程差控制在50纳米。最后在两个由50公里长光纤连接的节点之间实现了纠缠——这一距离足以连接两座城市。

  研究结果表明,与纠缠光子相比,多节点之间的原子—光子纠缠可能更适合量子纠缠的远距离传输。该工作得到《自然》审稿人的高度评价:“该结果是非常杰出的,向实现量子中继方向迈出了重要一步。”