清華大學(xué)段路明研究組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏態(tài)的分發(fā)與存儲(chǔ)
清華大學(xué)段路明研究組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏態(tài)的分發(fā)與存儲(chǔ)
2019年11月15日 瀏覽次數(shù): 0
? ? ? ?清華大學(xué)量子信息中心段路明教授研究組在量子中繼網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)了在原子系綜中將量子多路復(fù)用存儲(chǔ)技術(shù)與通信光子接口技術(shù)相結(jié)合以遠(yuǎn)距離分發(fā)量子糾纏態(tài)，這一成果展現(xiàn)了未來(lái)構(gòu)建大規(guī)模量子中繼網(wǎng)絡(luò)的可行性。該成果論文《Long-distance entanglement between a multiplexed quantum memory?and a telecom photon （量子復(fù)用存儲(chǔ)器與通信光子間的遠(yuǎn)距離糾纏）》近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論X》（Phys.?Rev. X）上。
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? ? ? 現(xiàn)階段構(gòu)建大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡(luò)主要受限于量子信號(hào)在自由空間或光纖中傳播時(shí)會(huì)遭受到指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的傳輸損耗。為了克服這一困難，類(lèi)似于經(jīng)典通信中中繼器的概念，長(zhǎng)程量子通信需要利用量子中繼器。量子中繼的實(shí)現(xiàn)，通?；贒LCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）協(xié)議，將長(zhǎng)距離信道分割成多個(gè)小段并使量子信號(hào)在每個(gè)小段中高保真地傳輸，利用量子存儲(chǔ)器和糾纏交換來(lái)鏈接分段的信道。DLCZ量子中繼協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，需要具備能夠有效存儲(chǔ)量子糾纏態(tài)的量子存儲(chǔ)器以及適合長(zhǎng)距離傳輸?shù)耐ㄐ挪ǘ喂庾咏涌凇＝陙?lái)，科學(xué)家在此領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了量子復(fù)用存儲(chǔ)技術(shù)，大大提高了量子存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)效率和讀取速度，同時(shí)通信波段光子接口技術(shù)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但是將這兩項(xiàng)技術(shù)穩(wěn)定而又高效地結(jié)合起來(lái)仍然是該領(lǐng)域的一個(gè)難題。
? ? ? 段路明教授研究組利用巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將一個(gè)獨(dú)立的銣原子系綜作為光源產(chǎn)生出窄帶偏振糾纏光子對(duì)，通過(guò)選取銣原子特定的原子能級(jí)使產(chǎn)生的光子對(duì)中一個(gè)光子處于衰減系數(shù)最小的通信波段（C波段），另一個(gè)光子可以存儲(chǔ)于基于銣原子系綜的量子復(fù)用存儲(chǔ)器中。此量子復(fù)用存儲(chǔ)器利用二維可編程光路，具有多個(gè)原子存儲(chǔ)單元，并通過(guò)電磁感應(yīng)透明存儲(chǔ)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)光子態(tài)與其中任意一個(gè)原子存儲(chǔ)單元間量子糾纏態(tài)的存儲(chǔ)與讀取。實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的多個(gè)存儲(chǔ)單元中讀取的光子與經(jīng)過(guò)10公里光纖傳輸后的通信波段光子之間均保持較高的糾纏保真度，證明了此裝置可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的量子糾纏態(tài)的存儲(chǔ)和分發(fā)，為量子中繼器的發(fā)展邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。《物理評(píng)論X》的審稿人對(duì)該工作給予了很高的評(píng)價(jià)，認(rèn)為這項(xiàng)工作令人印象深刻并且實(shí)驗(yàn)技術(shù)在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。
? ? ? 該論文第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院博士研究生常煒，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生李暢、吳宇?lèi)?、蔣楠、張勝、濮云飛和常秀英。項(xiàng)目得到教育部、科技部以及清華大學(xué)的經(jīng)費(fèi)支持。
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文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.9.041033
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