清華大學段路明研究組實現遠距離量子糾纏態的分發與存儲

2019年11月15日 瀏覽次數: 0

       清華大學量子信息中心段路明教授研究組在量子中繼網絡領域取得重要進展，首次實現了在原子系綜中將量子多路復用存儲技術與通信光子接口技術相結合以遠距離分發量子糾纏態，這一成果展現了未來構建大規模量子中繼網絡的可行性。該成果論文《Long-distance entanglement between a multiplexed quantum memory and a telecom photon （量子復用存儲器與通信光子間的遠距離糾纏）》近日發表于國際學術期刊《物理評論X》（Phys. Rev. X）上。

 

      現階段構建大規模量子通信網絡主要受限于量子信號在自由空間或光纖中傳播時會遭受到指數級增長的傳輸損耗。為了克服這一困難，類似于經典通信中中繼器的概念，長程量子通信需要利用量子中繼器。量子中繼的實現，通常基于DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）協議，將長距離信道分割成多個小段并使量子信號在每個小段中高保真地傳輸，利用量子存儲器和糾纏交換來鏈接分段的信道。DLCZ量子中繼協議的實現，需要具備能夠有效存儲量子糾纏態的量子存儲器以及適合長距離傳輸的通信波段光子接口。近年來，科學家在此領域開發了量子復用存儲技術，大大提高了量子存儲器的存儲效率和讀取速度，同時通信波段光子接口技術也得到了長足發展，但是將這兩項技術穩定而又高效地結合起來仍然是該領域的一個難題。

      段路明教授研究組利用巧妙的實驗設計，將一個獨立的銣原子系綜作為光源產生出窄帶偏振糾纏光子對，通過選取銣原子特定的原子能級使產生的光子對中一個光子處于衰減系數最小的通信波段（C波段），另一個光子可以存儲于基于銣原子系綜的量子復用存儲器中。此量子復用存儲器利用二維可編程光路，具有多個原子存儲單元，并通過電磁感應透明存儲技術，可以實現光子態與其中任意一個原子存儲單元間量子糾纏態的存儲與讀取。實驗測量出的多個存儲單元中讀取的光子與經過10公里光纖傳輸后的通信波段光子之間均保持較高的糾纏保真度，證明了此裝置可以實現高質量的量子糾纏態的存儲和分發，為量子中繼器的發展邁出了堅實的一步。《物理評論X》的審稿人對該工作給予了很高的評價，認為這項工作令人印象深刻并且實驗技術在該領域處于世界領先地位。

      該論文第一作者為清華大學交叉信息研究院博士研究生常煒，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生李暢、吳宇愷、蔣楠、張勝、濮云飛和常秀英。項目得到教育部、科技部以及清華大學的經費支持。

 

文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.9.041033