科学家实现量子存储器的远距离纠缠

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2月13日，《自然》发表了一项研究，展示了相距50公里的两个量子记忆的纠缠。这个距离比以前报道的要长得多，或者为实现多节点和长距离纠缠铺平了道路，这有助于量子互联网的发展。

中国科技大学的潘建伟、包晓辉、张强与中国科学院济南量子技术研究所、上海微系统与信息技术研究所合作，在量子中继和量子网络方面取得了突破。他们通过开发高亮度光和原子纠缠源、低噪声高效单光子变频技术和远程单光子精密干涉技术，成功地纠缠了相距50公里的两个光纤量子存储器，为基于量子中继的量子网络的构建奠定了基础。

量子通信需要传输纠缠粒子。在过去的20年里，长距离纠缠取得了显著的进展。为了实现长距离纠缠，纠缠光子需要在光纤节点之间或通过卫星传输。然而，严重的传输损耗限制了光子分布的成功率。然而，与普通计算机内存相对应的量子内存的纠缠还不能超过1.3公里的距离，这意味着现有系统可能无法扩展。

研究人员利用一种称为腔增强的量子效应来产生纠缠的原子和光子，这可以减少传输过程中光子耦合的损失。他们还独立开发了周期性极化铌酸锂波导。通过非线性频差过程，存储器的光波长从近红外转换到通信波段，通过50公里的光纤衰减到1%以上，比以前高16个数量级。

为了实现远程单光子干涉，该团队设计并实施了一个双相位锁定方案，成功地控制了通过50千米光纤传输到50纳米所造成的光程差。最后，通过50公里长的光纤连接的两个节点之间实现了纠缠，这个距离足以连接两个城市。

结果表明，与纠缠光子相比，多节点间的原子-光子纠缠可能更适合量子纠缠的长距离传输。这项工作得到了《自然》评论家的高度赞扬:“结果非常突出，是实现量子中继的重要一步。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-1976-7