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潘建伟团队实现50公里远的量子存储器纠缠

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中国科学手艺大学近日演示了两个量子存储器相距50公里的胶葛,为处理大范围量子互联网的症结手艺问题供应了思绪。此前,两个牢固节点之间的量子胶葛一直没法逾越1.3公里的间隔。

 

相干论文于2月13日凌晨宣布在天下顶级学术期刊、英国《天然》杂志上。中科大传授潘建伟、包小辉、张强为文章的通讯作者。

 

量子是物理学中不可再分的基础单元,比方,光子就是量子性的,不存在“半个光子”的说法。在这个微观天下里,科学家们发现了很多巧妙的特征,量子通讯、量子盘算等观点基于此发展起来。

 

量子胶葛就是其一,爱因斯坦称之为“鬼怪般的远距作用”。处于胶葛态的两个量子不管相距多远都存在一种关联,个中一个量子状况发作转变(比方人们对其举行丈量),另一个的状况会瞬时发作响应转变,似乎“心灵感应”。

 

虽然理论上是如许,但假如要建成大范围的量子互联收集,保证两个悠远的节点坚持如许精巧的胶葛态,仍存在很多手艺上的应战。

 

自上个世纪70年代以来,物理学家们入手下手尝试远间隔量子胶葛分发,即把处于胶葛态的光子分发到两处。

 

早在2005年,潘建伟团队就在合肥大蜀山完成了13公里的量子胶葛分发。2012年,该团队又在青海湖完成了首个凌驾102公里的量子胶葛分发试验。2017年,运用天下首颗量子通讯试验卫星“墨子号”,他们创下了天下量子胶葛分发间隔的记载,到达1200千米。

 

不过,如许的星地量子胶葛分发形成的传输消耗很大,在现实运用上有很大应战。若要让光子在远间隔光纤上传输,也会涌现严峻的消耗,限定分发的成功率。

 

论文提到,一个处理方案是,在两个远间隔节点上各自制备量子存储器(某种能够贮存量子态的物资)和一个光子的胶葛,再把这两个光子传输到一个配合的中心节点。对这两个光子举行恰当的丈量操纵后,就能把原节点上的两个量子存储器投射成长途胶葛态。

▲经由过程中心节点完成两个原子团簇的远间隔胶葛

 

此前,国际科学家们曾用原子团簇、原子、金刚石中氮空位色心、离子阱等体系作为量子存储器举行操纵,但最好的效果也只要1.3公里。

 

论文指出,想把胶葛间隔拓展到城际范围,存在三个重要的应战。一是取得“通亮”(即有用)的物资-光子胶葛,二是削减传输消耗,三是完成长间隔光纤中稳固的高可见过问。

 

针对以上应战,研讨团队运用一种名为腔加强的量子效应来制备通亮的原子团簇和光子胶葛。他们在中科大校园内设置了两个如许的节点,再把两个信使光子经由过程两条平行的11公里长光纤传输到中心节点——合肥软件园。

 

为了削减传输时期的光子消耗,研讨团队运用量子频次转换手艺,将光子从近红外频次转换为适合于电信传输的频次。末了,他们在双光子过问机制下完成了两个量子节点的胶葛,即是说逾越了22公里。

 

接下去,中科大团队又更进一步,在单光子过问机制下,让两个由50公里长光纤衔接的节点完成了胶葛,到达了城际标准。

 

论文乐观地推断,把更多相似间隔的节点衔接起来,这个试验就能够拓展成一个量子收集的功用单元,为竖立大范围的量子互联网做好了铺垫。

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