中国科大实现独立量子存储器间的远距离纠缠

2022年08月05日 11:22 次阅读 稿源:中国科学技术大学 条评论

近日,中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等,将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合,采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。相关研究成果于近日发表在《物理评论快报》上,并被美国物理学会(APS)下属网站Physics报道。

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量子网络的基本单元是远距离双节点纠缠。通过采用量子存储技术对光子进行存储,将使不同节点间的高效纠缠连接成为可能。构建存储器间纠缠并拓展节点间距一直是量子网络方向的研究热点。已实现的双节点纠缠实验中,最远直线距离仅为1.3公里。2020年潘建伟团队在此方向取得突破【Nature 578, 240 (2020)】,将双节点纠缠的光纤链路距离拓展至50公里。然而该实验中,两台量子存储器位于同一间实验室,并未实现长程分离。

为实现长程分离的存储器间纠缠,每个量子存储装置需能够独立操控。在该研究中,节点A位于合肥市创新产业园,节点B位于中国科大东区,二者之间由20.5公里的光纤进行连接。团队在节点A产生了具有长寿命的光与原子纠缠,并将产生的单光子经过频率转换后发送到节点B,节点B将收到的光子再次频率转换后采用另一台量子存储器进行存储。

研究团队采用激光冷却的铷原子进行量子存储,其光子波长为795纳米,并不适合在长光纤内传输。采用由济南量子研究院研制的周期极化铌酸锂波导,团队将光子波长转移至1342纳米,极大地降低了光子在长光纤内的衰减。该工作的另一难点在于长寿命量子存储,存储寿命需超过光子传输时间。为此,团队设计了一个新型的光与原子纠缠产生方案,在获得长存储寿命的同时,产生的光子比特编码在时间自由度上,非常适合频率变换以及远距离传输。

以此为基础,研究团队成功实现了独立存储器间的远距离纠缠。该工作为后续构建多节点量子网络原型系统、进行量子物理检验、探索器件无关量子密钥分发等应用奠定了基础。相关研究工作得到科学技术部部、安徽省、国家自然科学基金委、合肥国家实验室等的支持。

论文链接

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量子存储节点分布示意图

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