(相關(guān)資料圖)

量子網(wǎng)絡(luò)的基本單元是遠距離雙節(jié)點糾纏。通過采用量子存儲技術(shù)對光子進行存儲，將使不同節(jié)點間的高效糾纏連接成為可能。構(gòu)建存儲器間糾纏并拓展節(jié)點間距一直是量子網(wǎng)絡(luò)方向的研究熱點。已實現(xiàn)的雙節(jié)點糾纏實驗中，最遠直線距離僅為1.3公里。2020年潘建偉團隊在此方向取得突破【Nature 578, 240 (2020)】，將雙節(jié)點糾纏的光纖鏈路距離拓展至50公里。然而該實驗中，兩臺量子存儲器位于同一間實驗室，并未實現(xiàn)長程分離。

為實現(xiàn)長程分離的存儲器間糾纏，每個量子存儲裝置需能夠獨立操控。在該研究中，節(jié)點A位于合肥市創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園，節(jié)點B位于中國科大東區(qū)，二者之間由20.5公里的光纖進行連接。團隊在節(jié)點A產(chǎn)生了具有長壽命的光與原子糾纏，并將產(chǎn)生的單光子經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換后發(fā)送到節(jié)點B，節(jié)點B將收到的光子再次頻率轉(zhuǎn)換后采用另一臺量子存儲器進行存儲。

研究團隊采用激光冷卻的銣原子進行量子存儲，其光子波長為795納米，并不適合在長光纖內(nèi)傳輸。采用由濟南量子研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，團隊將光子波長轉(zhuǎn)移至1342納米，極大地降低了光子在長光纖內(nèi)的衰減。該工作的另一難點在于長壽命量子存儲，存儲壽命需超過光子傳輸時間。為此，團隊設(shè)計了一個新型的光與原子糾纏產(chǎn)生方案，在獲得長存儲壽命的同時，產(chǎn)生的光子比特編碼在時間自由度上，非常適合頻率變換以及遠距離傳輸。

以此為基礎(chǔ)，研究團隊成功實現(xiàn)了獨立存儲器間的遠距離糾纏。該工作為后續(xù)構(gòu)建多節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)、進行量子物理檢驗、探索器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究工作得到科學(xué)技術(shù)部部、安徽省、國家自然科學(xué)基金委、合肥國家實驗室等的支持。

論文鏈接

量子存儲節(jié)點分布示意圖