中国科学家首次实现独立量子存储器间的远距离纠缠

据俄罗斯卫星通讯社sputniknews报道,中国科学技术大学的科研人员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,首次成功地实现了独立存储器间的远距离纠缠。

据《科技日报》报道,相关研究成果以编辑推荐的形式日前发表在《物理评论快报》上。研究团队成员包括潘建伟及其同事包小辉、张强等。

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,中国科大潘建伟团队在此方向取得突破,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。在本研究中,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。

此次实验的难点在于单光子的高效传输以及长寿命量子存储。团队采用由济南量子研究院研制的周期极化铌酸锂波导,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。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,非常适合频率变换以及远距离传输。

以此为基础,潘建伟团队成功地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,以及进行量子物理检验,探索器件无关量子密钥分发等应用奠定了基础。