它,1天2篇Nature!
纳米人 2021-06-08

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第一作者:Dario Lago-Rivera, Samuele Grandi
通讯作者:Hugues de Riedmatten
通讯单位:巴塞罗那科学技术学院

研究难点——包含网络运行的所有要求的量子网络
未来的量子网络将使远距离位置之间的纠缠分布成为可能,并允许在量子通信、量子传感和分布式量子计算中应用。该网络的核心在于能够在远程互连的量子节点上生成和存储纠缠。尽管各种远程物理系统已经成功地纠缠在一起,但没有一种实现包含了网络运行的所有要求,如与电信(电信)波长的兼容性和多模操作。

研究内容——包含网络运行的所有要求的量子网络
有鉴于此,巴塞罗那科学技术学院的Hugues de Riedmatten教授等报告了两个空间分离的量子节点之间的预示纠缠的演示,其中纠缠存储在多模固态量子存储器中。在每个节点,镨掺杂晶体存储相关对的一个光子,另外一个光子则位于电信波长。在不同实验室的量子存储器之间的纠缠是通过检测高达1.4千赫兹的电信光子来预示的,并且纠缠被存储在晶体中,预先确定的存储时间高达25微秒。研究表明,生成的纠缠对可以极大地抵抗预告路径中的损失,并且展示了具有 62 种时间模式的时间多路复用操作。该研究可扩展到更远距离的纠缠,并为基于固态资源的现场部署、多路复用量子中继器提供了可行的途径。

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图1. 实验原理图

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图2.  2μs 原子频率梳的纠缠验证
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图3. 不同实验配置的并发性
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图4. 量子存储器的多模操作

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第一作者:Xiao Liu, Jun Hu
通讯作者:Zong-Quan Zhou,Chuan-Feng Li
通讯单位:中国科学技术大学

研究难点——高效量子中继器的发展
由于通信信道中不可避免的损耗,在地面上纠缠分布的距离被限制在大约100公里。量子中继器可以通过使用量子存储器和纠缠交换来解决这个问题。作为量子中继器的基本链路,两个远程节点之间的两方纠缠的预示分布只有通过内置型量子存储器才能实现。这些方案在多路复用容量和确定性特性之间存在权衡,因此阻碍了高效量子中继器的发展。基于吸收性量子存储器的量子中继器可以克服这些限制,因为它们将量子存储器和量子光源分开。

研究内容——吸收性量子存储器之间预示纠缠的实验演示
有鉴于此,中国科学技术大学的Zong-Quan Zhou和Chuan-Feng Li等人展示了吸收性量子存储器之间预示纠缠的实验演示。实验中,建造了两个相隔3.5米的节点,每个节点包含一个偏振纠缠光子对源和一个带宽高达1千兆赫的固态量子存储器。中间站的联合贝尔态测量预示着两个量子存储器之间最大纠缠态的成功分布,保真度为 80.4 ± 2.2%(±1 标准偏差)。这里演示的量子节点和信道可以作为量子中继器的基本链路。此外,节点中使用的宽带吸收量子存储器与确定性纠缠源兼容,同时支持多路复用,为实际的固态量子中继器和高速量子网络的构建铺平了道路。

研究意义
1、通过中间站的纠缠交换成功地在两个远端节点之间分布了预警高保真纠缠。
2、该演示是基于吸收性量子存储器和纠缠光子对源的量子中继器基本链路的首次物理实现。
3、该研究中的配置与确定性纠缠源和多路操作兼容,这对提高EDR至关重要,从而使研究者更接近高效和高速的量子中继器架构。
4、在上述改进的基础上,基于吸收性固态量子存储的量子中继器可以构建大规模量子网络。
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图1. 量子中继器和具有吸收量子存储器的基本链路的原理图

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图2. 实验装置
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图3. 两个源的双光子偏振纠缠的量子态断层扫描
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图4. 节点A的量子存储性能

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图5. 通过对从两个量子存储器中取回的光子进行偏振分析,验证了两个量子存储器之间预示的远程纠缠




参考文献
1、Liu, X., Hu, J., Li, ZF. et al. Heralded entanglement distribution between two absorptive quantum memories. Nature 594, 41–45 (2021).
DOI:10.1038/s41586-021-03505-3
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03505-3

2、Lago-Rivera, D., Grandi, S.,Rakonjac, J.V. et al. Telecom-heralded entanglement between multimodesolid-state quantum memories. Nature 594, 37–40 (2021).

Doi:10.1038/s41586-021-03481-8

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03481-8




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