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科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉及其同事包小輝、張強等，將長壽命冷原子量子存儲技術與量子頻率轉換技術相結合，采用現場光纖在相距直線距離12.5公里的獨立量子存儲節點間建立糾纏。相關研究成果以編輯推薦的形式日前發表在《物理評論快報》上。
量子網絡的基本單元是遠距離雙節點糾纏。通過采用量子存儲技術對光子進行存儲，將使不同節點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間距一直是量子網絡方向的研究熱點。已實現的雙節點糾纏實驗中，最遠直線距離僅為1.3公里。2020年中國科大潘建偉團隊在此方向取得突破，將雙節點糾纏的光纖鏈路距離拓展至50公里。然而該實驗中，兩臺量子存儲器位于同一間實驗室，并未實現長程分離。
為實現長程分離的存儲器間糾纏，每個量子存儲裝置需能夠獨立操控。在本研究中，節點A位于合肥市創新產業園，節點B位于中國科大東區，二者之間由20.5公里的光纖進行連接。團隊在節點A產生了具有長壽命的光與原子糾纏，并將產生的單光子經過頻率轉換后發送到節點B，節點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行存儲。
實驗難點在于單光子的高效傳輸以及長壽命量子存儲。團隊采用由濟南量子研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導，將光子波長轉移至1342納米，極大地降低了光子在長光纖內的衰減。另一難點在于長壽命量子存儲，存儲壽命需超過光子傳輸時間。為此，團隊設計了一個新型的光與原子糾纏產生方案，在獲得長存儲壽命的同時，產生的光子比特編碼在時間自由度，非常適合頻率變換以及遠距離傳輸。
以此為基礎，潘建偉團隊成功地實現了獨立存儲器間的遠距離糾纏。該工作為后續構建多節點量子網絡原型系統，以及進行量子物理檢驗，探索器件無關量子密鑰分發等應用奠定了基礎。
（中國科大供圖）
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