中國科大首次實(shí)現(xiàn)兩個固態(tài)存儲器間的量子糾纏 為實(shí)用化高速量子網(wǎng)絡(luò)打下基礎(chǔ)

6月3日消息（余予）來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組利用固態(tài)量子存儲器和外置糾纏光源，首次實(shí)現(xiàn)兩個吸收型量子存儲器之間的可預(yù)報量子糾纏，演示了多模式量子中繼，在量子存儲和量子中繼領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。

據(jù)了解，遠(yuǎn)程量子糾纏傳輸是構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心任務(wù)，然而由于單光子在光纖傳輸中的指數(shù)級損耗問題，量子態(tài)在光纖中傳輸?shù)木嚯x被限制在百公里量級。

為建立起全國乃至全球的量子網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)家們提出了量子中繼方案，即將遠(yuǎn)程糾纏傳輸任務(wù)分解為多段短距離的基本鏈路，在基本鏈路上建立量子存儲器之間的可預(yù)報糾纏，然后利用糾纏交換技術(shù)把量子糾纏擴(kuò)展至目標(biāo)距離。

量子存儲器是量子中繼的核心器件，用于儲存光子糾纏態(tài)，待相鄰存儲器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。國際上已有的量子中繼基本鏈路均基于發(fā)射型量子存儲器構(gòu)建，該架構(gòu)難以同時支持確定性光子發(fā)射和多模式復(fù)用存儲，其從根本上限制了糾纏分發(fā)的速率。

科學(xué)家通過理論研究表明，基于吸收型量子存儲器的量子中繼架構(gòu)可將量子存儲器和量子光源分離開來，從而能同時兼容確定性光子源和多模式復(fù)用，是目前理論上通信速率最優(yōu)的量子中繼方案。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組長期從事基于稀土離子摻雜晶體的固態(tài)量子存儲器的研究。實(shí)驗(yàn)過程中，研究組基于參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)制備了兩套糾纏光源，并基于獨(dú)創(chuàng)的“三明治”結(jié)構(gòu)制備了兩套固態(tài)量子存儲器，即每對糾纏光子中的一個光子被三明治型量子存儲器所存儲，而每對糾纏光子中的另一個光子被同時傳輸至中間站點(diǎn)進(jìn)行貝爾態(tài)檢驗(yàn)。

據(jù)介紹，此次演示實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了4個時間模式的復(fù)用，使得糾纏分發(fā)的速率提升了4倍，實(shí)測的糾纏保真度達(dá)到了80.4%。該工作證實(shí)了基于吸收型量子存儲構(gòu)建量子中繼的可行性，并首次展現(xiàn)了多模式復(fù)用在量子中繼中的加速作用。

圖1 基于吸收型量子存儲器實(shí)現(xiàn)量子中繼的原理示意圖（

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