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相隔十米的两个量子存储器间首次实现纠缠

资讯 来源:中国科技网 2021年06月03日 732次浏览 扫描二维码

据发表在2日《自然》杂志上的论文,西班牙巴塞罗那光子科学研究所(ICFO)的研究人员首次在相隔10米的两个多模固态量子存储器之间实现了量子纠缠,将一个单光子存储在这两个存储器中,时间最长达到25微秒。研究人员认为,这是量子通信的重要里程碑,有助于开发出用于未来量子互联网的量子中继器。

量子存储器的作用类似于传统互联网中的中继器,可提高信号强度和保真度,它与量子比特源都是量子互联网的基本组成部分。但要在量子水平上运行这一系统,必须在量子存储器之间建立长距离的纠缠,并尽可能保持高效。

此次,研究人员使用了一种稀土掺杂的晶体作为量子存储器,用两个光源来产生相关的单光子对。在每对中,一个光子名为idler,波长为1436纳米(电信波长);另一个名为signal,波长为606纳米。单signal光子被发送到量子存储器,并通过一种名为原子频率梳的协议存储在那里;idler光子则通过光纤发送分束器中,在那里关于它们的起源和路径的信息被完全擦除。

研究论文第一作者、博士后研究员萨缪尔·格兰迪说:“我们擦除了任何关于idler光子来源的特征,这么做是因为我们不想知道任何关于signal光子的信息,以及它存储在哪个量子存储器中。”通过擦除这些特征,signal光子可能存储在任何一个量子存储器中,这意味着它们之间产生了纠缠。

以往实验大多使用预报光子(herald photons)来获知量子存储器之间的纠缠是否成功。在本实验中,研究人员使用电信频率的idler光子作为预报光子。每次探测到idler光子时,就证明发生了纠缠,这种纠缠由一个单光子在两个远距离量子存储器之间的叠加态构成。

通过原子频率梳的协议,研究人员还能在量子存储器中多次存储纠缠光子,这一功能类似于在传统信道中同时发送几条消息的“多路复用”。这两个关键功能首次同时实现,为量子互联网扩展到更远距离奠定了基础。

实验中使用的预报光子在电信频率范围,可与现有电信网络兼容,相关技术系统能更容易地整合到传统网络设施中。下一步,研究人员打算尝试在实验室外把不同的节点连接在一起,并实现更远距离的纠缠。目前,他们正在巴塞罗那构建第一条35公里长的量子链路。


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