中科大團隊首次實(shí)現獨立量子存儲器間的遠距離糾纏

  ICC訊 記者7日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事包小輝、張強等，將長(cháng)壽命冷原子量子存儲技術(shù)與量子頻率轉換技術(shù)相結合，采用現場(chǎng)光纖在相距直線(xiàn)距離12.5公里的獨立量子存儲節點(diǎn)間建立糾纏。相關(guān)研究成果以編輯推薦的形式日前發(fā)表在《物理評論快報》上。

  量子網(wǎng)絡(luò )的基本單元是遠距離雙節點(diǎn)糾纏。通過(guò)采用量子存儲技術(shù)對光子進(jìn)行存儲，將使不同節點(diǎn)間的高效糾纏連接成為可能。構建存儲器間糾纏并拓展節點(diǎn)間距一直是量子網(wǎng)絡(luò )方向的研究熱點(diǎn)。已實(shí)現的雙節點(diǎn)糾纏實(shí)驗中，最遠直線(xiàn)距離僅為1.3公里。2020年中國科大潘建偉團隊在此方向取得突破，將雙節點(diǎn)糾纏的光纖鏈路距離拓展至50公里。然而該實(shí)驗中，兩臺量子存儲器位于同一間實(shí)驗室，并未實(shí)現長(cháng)程分離。

  為實(shí)現長(cháng)程分離的存儲器間糾纏，每個(gè)量子存儲裝置需能夠獨立操控。在本研究中，節點(diǎn)A位于合肥市創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)園，節點(diǎn)B位于中國科大東區，二者之間由20.5公里的光纖進(jìn)行連接。團隊在節點(diǎn)A產(chǎn)生了具有長(cháng)壽命的光與原子糾纏，并將產(chǎn)生的單光子經(jīng)過(guò)頻率轉換后發(fā)送到節點(diǎn)B，節點(diǎn)B將收到的光子再次頻率轉換后采用另一臺量子存儲器進(jìn)行存儲。

  實(shí)驗難點(diǎn)在于單光子的高效傳輸以及長(cháng)壽命量子存儲。團隊采用由濟南量子研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導，將光子波長(cháng)轉移至1342納米，極大地降低了光子在長(cháng)光纖內的衰減。另一難點(diǎn)在于長(cháng)壽命量子存儲，存儲壽命需超過(guò)光子傳輸時(shí)間。為此，團隊設計了一個(gè)新型的光與原子糾纏產(chǎn)生方案，在獲得長(cháng)存儲壽命的同時(shí)，產(chǎn)生的光子比特編碼在時(shí)間自由度，非常適合頻率變換以及遠距離傳輸。