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科技日?qǐng)?bào)記者 吳長鋒
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事包小輝、張強(qiáng)等，將長壽命冷原子量子存儲(chǔ)技術(shù)與量子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，采用現(xiàn)場(chǎng)光纖在相距直線距離12.5公里的獨(dú)立量子存儲(chǔ)節(jié)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(píng)論快報(bào)》上。
量子網(wǎng)絡(luò)的基本單元是遠(yuǎn)距離雙節(jié)點(diǎn)糾纏。通過采用量子存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)光子進(jìn)行存儲(chǔ)，將使不同節(jié)點(diǎn)間的高效糾纏連接成為可能。構(gòu)建存儲(chǔ)器間糾纏并拓展節(jié)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(xiàn)的雙節(jié)點(diǎn)糾纏實(shí)驗(yàn)中，最遠(yuǎn)直線距離僅為1.3公里。2020年中國科大潘建偉團(tuán)隊(duì)在此方向取得突破，將雙節(jié)點(diǎn)糾纏的光纖鏈路距離拓展至50公里。然而該實(shí)驗(yàn)中，兩臺(tái)量子存儲(chǔ)器位于同一間實(shí)驗(yàn)室，并未實(shí)現(xiàn)長程分離。
為實(shí)現(xiàn)長程分離的存儲(chǔ)器間糾纏，每個(gè)量子存儲(chǔ)裝置需能夠獨(dú)立操控。在本研究中，節(jié)點(diǎn)A位于合肥市創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園，節(jié)點(diǎn)B位于中國科大東區(qū)，二者之間由20.5公里的光纖進(jìn)行連接。團(tuán)隊(duì)在節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生了具有長壽命的光與原子糾纏，并將產(chǎn)生的單光子經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換后發(fā)送到節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B將收到的光子再次頻率轉(zhuǎn)換后采用另一臺(tái)量子存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在于單光子的高效傳輸以及長壽命量子存儲(chǔ)。團(tuán)隊(duì)采用由濟(jì)南量子研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，將光子波長轉(zhuǎn)移至1342納米，極大地降低了光子在長光纖內(nèi)的衰減。另一難點(diǎn)在于長壽命量子存儲(chǔ)，存儲(chǔ)壽命需超過光子傳輸時(shí)間。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的光與原子糾纏產(chǎn)生方案，在獲得長存儲(chǔ)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(yuǎn)距離傳輸。
以此為基礎(chǔ)，潘建偉團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立存儲(chǔ)器間的遠(yuǎn)距離糾纏。該工作為后續(xù)構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)，以及進(jìn)行量子物理檢驗(yàn)，探索器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
（中國科大供圖）
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