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量子记忆纠缠了22公里 量子网路可跨越城域
 

【CTIMES/SmartAuto 报导】   2020年04月07日 星期二

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光电协进会(PIDA)指出,《自然》期刊近期刊载了一篇由中国科学技术大学潘建伟教授所署名的量子纠缠配送论文,该论文公布了潘建伟团队做出22公里的纠缠传递,缔造了世界纪录。另外该期刊也刊登了加州理工学院(Caltech)所制作的光学微小腔体,可实现量子通讯网路。

PIDA表示,目前在空中或光纤中传递或制造纠缠光子仍很困难,因为环境与传输损耗限制了光子分发的成功率,也限制了量子纠缠的距离;先前让两个静态量子位元产生纠缠的最大距离仅为1.7公里。潘建伟教授的团队,包括合肥中国科学技术大学(USTC)、济南量子技术研究所、上海微系统与信息技术研究所(SIMIT)等研究人员先在两个远距离节点上各自准备量子存储器(一种可以存储量子态的物质)和纠缠光子,再把这两光子传输到一个共同的中间系统,对这两个光子做干涉操作,就可以把两个远距离的量子位元映射成远程纠缠态。

上述实验即需要先准备好原子与光子之纠缠,然後再让光子在光纤中尽量降低传输损耗,以及最後在中间节点处实现干涉。原子与光子之纠缠是利用一种称为腔增强的量子效应来制造原子簇和光子的纠缠。而为了降低光子的传输损耗,该研究团队利用差频产生器(DFG)将近红外光子转移到电信O频带(1342nm),以便与标准的光纤相容。两道信差光子通过两条平行的11公里长的光纤,从合肥中国科学技术大学传输到中间节点。最後,他们在双光子干涉机制下实现了两个量子位元的纠缠,跨越了22公里。该团队紧接着复制这实验而达到50公里的远端纠缠。

此研究叁与者中科大包小辉教授说:本实验的创新是发展出相容於传统光纤的原子与光之纠缠技术,以及实现了光源经由光纤传输後的远距离干涉。此项技术可以纠缠了两个量子记忆的设备,并允许遥远的量子电脑协同工作。

另外,美国加州理工学院最近也发表了「光腔(Optical Cavities)」技术,以作为未来量子电脑网路的骨干技术,意即该技术可以在量子电脑之间传递一些不改变量子态的讯息。通常为了读取量子资讯并将其传输到其他地方,原子会因光脉冲而激发出光子,其光子的自旋会与原子的自旋纠缠在一起。然後光子可经由光纤传送出与原子纠缠在一起的资讯。但要找到可以控制与测量的原子是困难的,所以加州理工学院变提出了光腔技术,来解决原子的控制与测量问题。

该校Andrei Faraon教授的研究小组设计出一种特殊的光学腔,来让光来回反射,直到它最终被一个量子位元离子所吸收。该光学腔体是在晶体中雕刻出约10微米空穴,内壁具有周期性的奈米图案。他们让一种稀土元素??离子(ytterbium)放置在光束中,而光腔则会多次反射光束,直到光束被??离子吸收。这个光腔可以让离子有一个适当的环境,使得离子激发出光子时,超过99%的光子可以停留在腔体中,进而让科学家可以有效地收集和探测光子,来量测离子的状态。

??离子可在其自旋中存储30毫秒的资讯,在这段时间足够让光子传递资讯过整个美国大陆。Faraon教授认为??离子的吸收和激发光子的方式正是我们量子网路所需要的,所以这可能成为量子电脑网路的骨干技术。

潘建伟教授所引领的量子纠缠记忆与储存,是建构量子电脑网路不可或缺的技术,且该技术还可在现有的光纤网路上实现。加州理工大学所提出的光腔技术也是未来量子网路的选项。光电协进会观察到,中美在量子科技争霸赛中正户别苗头,目前在量子通讯方面中国大陆已拔得头筹,而在量子计算方面美国企业则率先实现量子优势(Quantum Supremacy)。中美在量子科技上的相互竞争与偕同进步将加快量子科技产业化的速度。

關鍵字: 量子计算机  PIDA 
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