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【中國科學报】科学家实现量子存储器间远距离纠缠

2020-02-14 中國科學报 唐凤 杨凡
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  2月13日,《自然》發表的一項研究演示了兩個相距50公裏的量子存儲器的糾纏。

  中國科學技術大學潘建伟、包小辉、张强等与济南量子技术研究院和中國科學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,成功实现远距离量子存储器纠缠,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。

  量子通信需要傳輸糾纏粒子。而要實現遠距離糾纏,需要讓糾纏光子在光纖上的節點之間傳輸或通過衛星傳輸,但嚴重的傳輸損耗限制了光子分發的成功率。而對應普通計算機存儲器的量子存儲器,其糾纏也一直無法超越1.3公裏的距離,意味著現有系統可能不具有拓展性。

  研究人員利用一種名爲腔增強的量子效應來制備糾纏原子和光子,這種效應可以減少傳輸期間丟失的光子耦合。他們還自主研發了周期極化铌酸锂波導,通過非線性差頻過程,將存儲器的光波長由近紅外轉換至通信波段。

  之後,爲實現遠程單光子幹涉,團隊設計並實施了雙重相位鎖定方案,成功地把經過50公裏光纖的傳輸後引起的光程差控制在50納米。最後,在兩個由50公裏長光纖連接的節點之間實現了糾纏——這一距離足以連接兩座城市。

  結果表明,與糾纏光子相比,多節點之間的原子—光子糾纏可能更適合量子糾纏的遠距離傳輸。該工作得到《自然》審稿人的高度評價:“該結果是非常傑出的,向實現量子中繼方向邁出了重要一步。”

  相关論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-1976-7

  (原载于《中國科學报》 2020-02-14 第1版 要闻)
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