较近量子互联网的步骤:两个多模量子存储器的纠缠

Quantum Memory Crystal在低温恒温器内

在Lab中的低温恒温器内的量子记忆晶体。信贷:©ICFO

  • ICFO研究人员报告自然首次实现了两个多模量子存储器的纠缠,位于10米的不同实验室中,并由电信波长的光子预示着。
  • 科学家们实施了一种技术,使他们能够在可以集成到光纤通信网络中的系统中的纠缠率中达到记录,铺平了长距离操作的方式。
  • 结果被认为是量子通信的标志标志,并在未来量子互联网上发展量子中继器的发展中的重大步骤。

在90年代,工程师在传播网络传播到城市和大都市区之外的距离的电信竞技场的主要进步。为了实现这种可扩展性因子,它们使用了增强的衰减信号的中继器,并允许这些具有与强度或保真度的相同特征的更远的距离。现在,随着卫星的增加,它是在欧洲的山中间完全正常,与生活在世界其他地方的亲人交谈。

在建立未来量子互联网的道路上,量子记忆发挥着同样的作用。它们与Qubits的来源,它们是这种新型互联网的构建块,作为数据操作的量子中继器,并使用叠加和缠结作为系统的关键成分。但是为了在量子级操作这种系统,必须在长距离长距离内产生量子存储器之间的缠结,并尽可能高效地维持。


ICFO研究人员首次纠缠了两个多模量子记忆。分开超过10米,并在电信频率下运行,它们与当前的光纤通信网络兼容。这是向未来量子互联网开发量子中继器的迈向前进的一大步。

所有人在一起

在最近发表的研究中自然ICFO Scients Dario Lago,Samuele Grandi,Alessandro Seri和Jelena Rakonjac,在ICFO,Hugues de Riedmatten领导,在两个遥控器,多模和固态量子记忆之间取得了可扩展,电信的重新构建的重要品质纠缠。更简单的单词,他们能够存储最多25微秒,在两个量子存储器中放置10米的量子存储器。

稀土掺杂晶体用作量子记忆

关闭用作量子记忆的稀土掺杂的晶体的图象。信贷:©ICFO

研究人员知道光子是两个回忆中的一个,但他们不知道其中一个强调我们对自然的反向直观的概念,这允许光子在两者中的量子叠加状态Quantum Memories同时,但令人惊讶的是,分开10米。该团队还知道通过检测电信波长的光子创建纠缠,并且它以多路复用方式存储在量子存储器中,“类似于允许在经典中同时发送几个消息的特征渠道”。这两个关键特征首次实现并定义了将该方案扩展到更长的距离的踏脚石。

作为Dario Lago,ICFO的博士学生和研究的第一名学生,热情地定位“到目前为止,在该实验中实现的几个里程碑是由其他组完成的,如缠绕量子存储器或在量子存储器中实现光子的存储效率高,率高。但是,关于这个实验的唯一性是我们的技术实现了很高的速率,并且可以扩展到更长距离。“

设置实验

实现这一标志性努力和时间。在几个月的过程中,团队设置了实验,在那里他们使用稀土掺杂晶体作为量子存储器的基础。

然后,他们采取了两个来源产生相关的单个光子对。在每对中,一个名为idler的光子,位于1436nm(电信波长),另一个命名信号,另一个名为信号,处于606nm的波长。单个信号光子被发送到量子存储器,由数百万的原子组成,这些原子都随机放置在晶体内,并通过称为原子频梳的协议存储在那里。在旁边,惰光子也被称为甲状腺光子或信使光子,通过光纤向称为分束器的设备发送,其中有关其起源和路径的信息被完全擦除。Samuele Grandi,博士后研究人员和学习的联合第一作者,评论,“我们删除了任何类型的功能,这些功能会告诉我们闲置光子来自哪里,让它成为来源1或2,我们这样做是这样的不想知道有关信号光子的任何信息,其中它存储在其中的量子内存“。通过擦除这些特征,信号光子可以存储在任何量子存储器中,这意味着在它们之间创建纠缠。

纠缠多模量子记忆

实验设置的示意图和ICFO建筑中实验室的位置。信贷:©ICFO

每次科学家在监视器上看到的时候,点击一个闲置的光子到达探测器,他们就能确认并验证实际上有纠缠。这种缠结在两个量子存储器之间的叠加状态中的信号光子中,其被存储为由数百万原子共享的激发,最高可达25微秒。

正如Sam和Dario的提到,“关于实验的好奇事情是,如果光子在Lab 1或Lab 2中覆盖的实验室2中的量子存储器是不可能的。虽然这是我们的实验的主要特征,但我们预期的是一个,实验室的结果仍然是反向直观的,甚至更奇特和思绪吹向我们的是我们能够控制它!“

甲骨光子的重要性

以前的大多数研究已经尝试了纠缠和量子存储器使用了先驱的光子来了解量子存储器之间的缠结是否成功。括封的光子就像一个使者鸽子,科学家们可以了解它的到来,估计量子回忆之间的缠结已经建立。当发生这种情况时,纠缠尝试停止,并且在分析之前将纠缠存储在存储器中。

Samuele Grandi,Dario Lago,Jelena Rakonjac,Alessandro Seri和Hugues de Riedmatten

在ICFO的实验室工作的作者。从左到右:Samuele Grandi,Dario Lago,Jelena Rakonjac,Alessandro Seri和Hugues de Riedmatten。信贷:©ICFO

在这个实验中,科学家们在电信频率中使用了括封的光子,确认可以用与现有电信网络兼容的光子来建立所产生的纠缠,这是一个重要的壮举,因为它允许缠绕才能在长距离创建纠缠,甚至更多,使这些量子技术能够轻松集成到现有的经典网络基础架构中。

多路复用是钥匙

多路复用是系统通过仅通过一个传输通道发送多个消息的能力。在古典电信中,这是用于通过Internet传输数据的频繁工具。在量子中继器中,这种技术稍微复杂。通过标准量子记忆,一个人必须等待封装纹理的消息恢复回忆,在人们可以再次尝试创建纠缠之前。但是,随着原子频梳协议的使用,这允许这种多路复用方法,研究人员能够在量子存储器中的许多不同时间存储缠绕的光子,而无需等待成功的甲状腺命令事件,然后生成下一个缠绕的对。这种称为“时间复用”的条件是一个关键特征,其代表系统的操作时间的主要增加,导致最终纠缠率的增量。

未来的步骤

作为ICREA教授在ICFO Hugues de Riedmatten热情地评论“这个想法是在十多年前构思的是,我很激烈地看到它现在已经成功了在实验室里。下一步是将实验室外部带来实验,尝试将不同的节点联系在一起,并在我们目前拥有的距离更大的距离上分配纠缠。事实上,我们在实现第一个35公里的Quantum Link中,将在巴塞罗那和ICFO之间在Castelldefels之间进行“。

很明显,未来的量子网络将在不久的将来带来许多应用。这实现了地标证明并确认我们处于正确的途径,以发展这些破坏性技术,并开始将其部署到将其沟通的新方式,量子互联网。

参考:“多模实国家量子记忆之间的电信纠缠”由Dario Lago-Rivera,Samuele Grandi,Jelena V.Rakonjac,Alessandro Seri和Hugues de Riedmatten,6月2日,6月2日,自然
DOI:10.1038 / S41586-021-03481-8

本研究已从戈登和贝蒂摩尔基金会以及GONDACIO CERLEX,FIRFACIO MIR-PUIG,GENESSITAT DE CATALUNYA和西班牙政府和西班牙政府的FINDACIO摩尔·基金会(QIA)提供了部分资金。实体。

是第一个评论在“更接近量子互联网的步骤:两个多模量子存储器的纠缠”

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