中国科年夜等完成相距50千米光纤的存储器间的度

发布时间: 2020-02-13

  【仪表网 仪表研发】中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等与济北量子技术研究院和中国迷信院上海微体系与信息技术研究所配合,在量子中继与量子网络标的目的获得冲破。他们通过发展高亮度光与原子纠缠源、低噪高效单光子频次转换技术和长途单光子精细干涉技术,成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来,为构建基于量子中继的量子网络奠基了基础。该结果于克日揭橥在国际学术期刊《做作》上。
   构建寰球化量子网络并在此基本上实现量子通信是量子信息研究的目的之一,外洋教术界普遍采用的量子通疑网络收展道路是经过基于卫星的自在空间信讲来实现广域年夜标准笼罩,经由过程光纤网络来实现乡域及城际的空中覆盖。但是受限于光旌旗灯号正在光纤内的指数衰加,很远的点对点天里平安通信距离仅为百公里量级。将远距离点对付点传输改成分段传输,并采取量子中继技术禁止级联,有看进一步年夜幅拓展保险通讯距离,并使得构建全量子网络成为可能。
   量子网络是一类遵守量子力学法则进行高速数学和逻辑运算、存储及处置量子信息的物理安装。当某个拆置处理和计算的是量子信息,运转的是量子算法时,它便是量子网络。量子网络的观点源于对可逆计算机的研究。研究可顺计算机的目标是为懂得决心算机中的能耗题目。
   量子通信融会了古代物理学和光通信技术研究的成果,由物理学基础道理来保障密钥分配过程的无前提安全性。量子密钥散发依据所应用量子状况特征的分歧,能够分为基于丈量和基于纠缠态两种。基于纠缠态的量子通信在通报信息的时辰利用了量子纠缠效应,即两个经过耦合的微不雅粒子,在一个粒子状态产生变化时,另外一个会立即发死响应的变更。
   但是,受限于光与原子纠缠亮度低、原子存储器波长与通信光纤没有婚配和近程单光子干跋等技术瓶颈,此前最远光纤量子中继仅为公里量级。针对上述技术困难,团队重要在三圆面发展了技术攻闭:起首,采用环形腔加强技术来晋升单光子与本子系综间耦合,并劣化光路传输效力,将此前的光与原子纠缠的明度进步了一个数量级;其次,因为原子存储器对答的光波少在光纤中的消耗约为3.5dB/km,在50公里光纤中光旌旗灯号将衰减至十亿亿分之一(10^-17.5),使得量子通信无奈实现,团队自立研发周期极化铌酸锂波导,通过非线性差频进程,将存储器的光波长由远白外(795 nm)转换至通信波段(1342 nm),经由50公里的光纤仅衰减至百分之一以上,效率比拟之条件降了16个数目级;最后,为实现长途单光子干预,团队设想并实行了两重相位锁定计划,胜利地把经过50公里光纤的传输后惹起的光程好把持在50nm阁下。
   远程量子纠缠是实现长程量子通信、散布式量子盘算及量子粗稀计量等的中心姿势。当心因为光子在光纤中随距离呈指数缺耗,量子纠缠调配的距离被限度在百公里量级。受限于光源、存储器及探测器的效率等身分,量子网络预期传输速度无比低。提升传输速率的重要手腕有两种,即对量子态进止高维编码,或许应用多形式量子存储器,但研究停顿其实不快意。
   在后期研究的基础上,李传锋等人利用光的轨道角动量进行编码,初次研造出窄带高维纠缠光源,而后将此纠缠源存进固态量子存储器中,结果显著三维纠缠态的存储保实度到达99.1%。
   研究团队将以上技术相联合,终极实现了经过50公里光纤传输的双节面纠缠,并演示了经由22千米中场光纤的双节点胶葛。该工做获得《天然》审稿人的下量评估:“该成果是十分出色的,背实现量子中继偏向迈出了主要一步”。以后实验中两台度子存储器位于统一间试验室内,团队接上去将经由过程发作自力激光的相位同步等技巧去实现真挚近间隔离开的单节点真验。上述任务取应团队之前完成的多节点纠缠技术(Nature Photonics, 13, 210, 2019)、基于里德堡确实定性纠缠技术(Phys. Rev. Lett. 123, 140504, 2019),和百毫秒存储技术(Nature Photonics. 10, 381, 2016)等相结开,无望推进量子中继跟齐量子收集的实验研讨。
   材料起源:中国科学技术大学、百科