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中国研究人员创下量子记忆纠缠的距离记录

2020-02-26 00:47:36来源:中存储
导读: 中国的量子研究团队在实验室中纠缠了22公里的“现场部署光纤”和50公里的盘绕光纤。

多年以来,科技人员一直在努力开发必要的功能以构建实用的“基于量子”的互联网。

其中,最大的挑战之一是如何在很长的距离上维护和管理远程量子存储器的纠缠。

上周,中国科学技术大学的一组研究人员在《自然》杂志 上发表了一篇论文,成功地纠缠了由原子团簇构成的量子记忆,并在实验室中纠缠了22公里的“现场部署光纤”和50公里的盘绕光纤。

使用原子团作为量子记忆通过光纤实现城市规模的距离“传输”是第一个并且引起关注。这里有一个帐户  上张贴新科学家注意到工作的,“单个光子一直纠结跨越距离超过1000V公里,但对大颗粒的系统,存储更多的信息,保持这种纠缠更难。” 在他们的工作中,研究人员在真空室中使用了约1亿个冷却的atoms原子原子团作为量子记忆。

原子集成体用于量子存储已经有一段时间了,它具有增强按需纠缠的特性,但在管理方面也具有挑战性。最好直接从论文中读取新报告方法的细节 (两个量子存储器通过数十公里的光纤缠结)。简而言之,研究人员在同一实验室中创建了两个单独的“内存”节点,并且能够以与量子互联网中信号转发器所需的方式不同的方式来纠缠它们。此摘录摘自论文:

连接远程量子处理器的量子互联网应能实现许多革命性的应用,例如分布式量子计算。它的实现将取决于远程量子存储器在长距离上的纠缠。尽管取得了巨大的进步,但目前两个节点之间的最大物理距离为1.3公里,并且距离较长的挑战仍然存在。在这里,我们通过一个城市规模的光纤通过光子传输展示了一个实验室中两个原子团的纠缠。

原子集合体起着存储量子态的量子存储器的作用。我们使用腔增强来有效地创建原子-光子纠缠,并使用量子频率转换将原子波长转换为电信波长。我们通过双光子干涉实现了超过22公里的场部署光纤的纠缠,并通过单光子干涉实现了超过50公里的盘绕光纤的纠缠。我们的实验可以扩展到物理距离相近的节点,从而形成原子量子网络的功能部分,从而为在许多节点和更长的距离上建立原子纠缠铺平了道路。”

下面显示的是论文的实验图和标题图。

量子计算机

原子集合体之间远程纠缠生成的示意图两个量子存储节点(在一个实验室中为节点A和B)通过光纤链接到用于光子测量的中间站。在每个节点中,一个⁸⁷Rb原子团被放置在一个环形腔内。首先所有原子都准备成基态。我们首先通过施加写入脉冲(蓝色箭头)在原子整体与写入光子之间创建局部纠缠。然后沿顺时针(逆时针)腔模式收集输出的光子,并将其发送到QFC模块。借助PPLN-WG芯片和1,950 nm的泵浦激光器(绿色箭头),将795 nm的写出光子转换为电信O波段(1,342 nm)。半波片(HWP)和四分之一波片(QWP)的组合改善了与波导的横向磁极化模式的耦合。经过噪声过滤后,两个写出的光子通过长纤维传输,在分束器内部受干扰,并被两个超导纳米线单光子检测器(SNSPD)检测,效率约为50%,暗计数率为100 Hz。在中间电台的有效干扰预示着两个纠缠的合奏。干涉分束器(BS)之前的光纤偏振控制器(PC)和偏振分束器(PBS)用于主动补偿长光纤中的偏振漂移。为了检索原子状态,我们向读脉冲施加反向传播的读脉冲(红色箭头)。通过自旋波和腔增强的相位匹配,原子态被有效地恢复为环形腔的逆时针(顺时针)模式。DM表示二向色镜,LP表示长通滤波器,BP表示带通滤波器。

研究人员指出,他们的工作是重要的第一步,并讨论了下一步。通过合并更多的量子存储器,我们的实验可以扩展为通过多光子干涉在长距离上纠缠多个量子存储器。一个人还可以在子链接上创建两对远程原子纠缠,并按照量子中继器方案通过纠缠交换来扩展原子纠缠的距离。串联此过程可能会延长距离,从而超过直接传输的极限。”

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关键词 :
量子纠缠
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