中国研究人员基于吸收量子存储器构建多路复用量子中继器

多路复用量子中继器

Quantum Repeater基于两种吸收QM的Quantum Repeater的基本环节。信誉:王国燕和马y兵

中国研究人员实现了基于吸收量子存储器(QMS)的量子中继器的基本环节,并首次展示了多路复用量子中继器。2021年6月2日,这项工作发表在自然

量子网络的基本任务是在两个远程位置之间分配量子纠缠。然而,光纤的传输损耗限制了缠结分布到地面约100km的距离。量子中继器可以通过将长距离传输分成几个短距离基本环节来克服这种困难。首先创建每个链路的两个终端节点的纠缠。然后通过每个链路之间的缠结交换逐渐扩展纠缠距离。

以前,在冷原子集合和单量子系统中实现了量子中继器的基本环节。这些演示都基于发光QMS,其中从QMS发出缠绕的光子。由发射QM构建的量子中继器具有简单的结构,但兼容性差。支持确定性纠缠源和同时多路复用操作是出色的挑战,这是增强纠缠分配率的两个关键技术。基于吸收QMS的量子中继器可以克服这些限制,因为它们分离量子存储器和缠绕的光子源。

由李川峰教授领导的研究团队和中国(USTC)的科技大学(USTC),侧重于基于稀土离子掺杂晶体的吸收QMS的研究。对于这种QMS,可以灵活地选择纠缠源,包括确定性纠缠源,同时剩下多路复用操作的能力,因此应该更有效地用于量子中继器应用程序。在这项工作中,它们使用外部缠结的光子对源(EPPS)基于自发参数下转换,并首次实现了两个吸收QMS之间的预示着缠结分布。

它们与中间站和两端的两个节点构成了一个基本的链接。每个节点包含一个吸收QM,带宽为1GHz和带宽匹配的EPP。在每个节点中,每个光子对的一个缠结的光子存储在“夹心状”QM中,而另一个将另一个被传送到中间站以进行关节钟态测量(BSM)。成功的纠缠交换操作是通过成功点击BSM的预示来封存的。除了大约80.4%的保真度,建立了两个QMS之间的缠结3.5米,虽然两个远程QMS之间没有任何直接交互。在该演示中使用四种时间模式量子中继器的基本环节,将缠结分配率加速四次。

周宗泉教授说:“使用吸收量子记忆将来,将来实现高效率量子中继器和量子网络,并进一步推动了量子世界中”牛仔和韦弗女孩“之间的沟通。”

这项工作为开发实用量子中继器的开发提供了可行的路线图,并为建造高速量子网络奠定了基础。审稿人指出“目前的工作侧重于集合方法,在Quantum Reveater应用程序的上下文中具有许多优势,例如,复用。”他们强烈推荐这项工作是“一项重要成就,将形成进一步研究的基础”和“在制定实际量子中继器的前进的重要一步”。

李传峰教授表示,该团队将继续改善吸收QM的指标,“我们将使用确定性纠缠源来大大提高纠缠分配率,并实现超出光纤直接传输的实用量子中继器。”

对于未来的发展,研究小组将继续改善吸收QMS的表现,并采用确定性纠缠来源,从而大大提高纠缠分配率,并实现了优于光子直接传输的实用量子中继器。

参考文献:“两个吸收量子回忆之间的预示着纠缠分布”由萧刘,军,宗峰李,薛丽,裴云李,彭俊梁,宗 - 泉,川风李和广罐郭,2021年6月2日,自然
DOI:10.1038 / S41586-021-03505-3

刘晓和胡军从CAS关键实验室的量子信息和CAS卓越中心卓越的量子信息和量子物理学是共同作者。相应的作者是李传峰和周宗泉教授。

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