作者:王敏 来源: 中国科学报 发布时间:2022-8-8
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科学家实现独立量子存储器间远距离纠缠

 

量子存储节点分布示意图   中国科学技术大学供图

本报讯(见习记者王敏)中国科学技术大学潘建伟院士及其同事包小辉、张强等,将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合,采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。相关研究成果以编辑推荐的形式发表于《物理评论快报》。

量子网络的基本单元是远距离双节点纠缠。通过采用量子存储技术对光子进行存储,将使不同节点间的高效纠缠连接成为可能。构建存储器间纠缠并拓展节点间距一直是量子网络方向的研究热点。已实现的双节点纠缠实验中,最远直线距离仅为1.3公里。2020年中国科大潘建伟团队在此方向取得突破 ,将双节点纠缠的光纤链路距离拓展至50公里。然而在该实验中,两台量子存储器位于同一间实验室,并未实现长程分离。

为实现长程分离的存储器间纠缠,每个量子存储装置需能够独立操控。在这项研究中,节点A位于合肥市创新产业园,节点B位于中国科大东区,二者之间由20.5公里的光纤进行连接。团队在节点A产生了具有长寿命的光与原子纠缠,并将产生的单光子经过频率转换后发送到节点B,节点B将收到的光子再次频率转换后采用另一台量子存储器进行存储。

实验难点在于单光子的高效传输以及长寿命量子存储。团队采用激光冷却的铷原子进行量子存储,其光子波长为795纳米,并不适合在长光纤内传输。采用由济南量子研究院研制的周期极化铌酸锂波导,研究团队将光子波长转移至1342纳米,极大地降低了光子在长光纤内的衰减。另一个难点在于长寿命量子存储,存储寿命需超过光子传输时间。

为此,团队设计了一个新型的光与原子纠缠产生方案,在获得长存储寿命的同时,产生的光子比特编码在时间自由度上非常适合频率变换以及远距离传输。

在此基础上,潘建伟团队成功地实现了独立存储器间的远距离纠缠。该工作为后续构建多节点量子网络原型系统,以及进行量子物理检验、探索器件无关量子密钥分发等应用奠定了基础。

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.050503

《中国科学报》 (2022-08-08 第1版 要闻)
 
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