横滨国立大学 双光子梳的波长转换器
学分:横滨国立大学堀内友之 产生纠缠的传统方式对于任何连接量子计算机的“量子互联网”的发展都是必要的，但这种方式不太适合今天非量子互联网使用的光纤电信网络
然而，研究人员想出了一种新的方法来生产这种更加兼容的粒子
在今天的电信网络中，通过光纤电缆连接，传输的光子往往在几公里内被电缆材料吸收
为了避免信号恶化，每隔一段时间就建立中继器来放大信号
类似的问题将困扰量子通信的努力——并最终成为量子互联网
横滨国立大学的堀内友之和同事正在开发一种新的纠缠光子源来解决这个问题
他们的发现发表在8月12日的《通信物理学》上
当一对粒子或量子位中的每一个的量子态不可避免地与另一个粒子的量子态相连时，它们就会纠缠在一起
因此，在一个量子位上执行的测量将总是与在另一个量子位上的测量相关联，而不管距离如何
这种纠缠，在流行科学解释中被著名地描述为“远距离的怪异行为”，是未来任何量子通信基础设施的关键
利用这种怪异的现象，研究人员可以利用纠缠光子在两个位置之间传递信息
发送方有一半纠缠光子，接收方有另一半
例如，两个用户可以通过共享纠缠建立一个用于加密的随机秘密位串
但是长距离量子通信也受到光纤损耗的影响，纠缠光子由于与周围环境的相互作用而变得不纠缠，并且装载量子存储器的量子中继器对于延长量子通信的距离是必要的
中继器存储用户发送的光子的量子状态
通过测量光子进行的纠缠“交换”，有效地将纠缠传播了更长的距离——就像赛跑运动员在接力赛中传递警棍一样
量子中继器通过光和物质之间量子状态的重复交换来工作
这需要一个与量子记忆兼容的纠缠粒子源
不幸的是，量子存储器通常吸收光束光谱的窄宽度(称为线宽)，但是传统的量子纠缠光子对源具有宽光谱
这导致纠缠光子对和量子存储器之间的耦合非常差
迄今为止，开发纠缠光子源的努力一直在努力满足中继器-量子存储器兼容性和现实应用的所有要求:大量光子(用于大量流量)、窄线宽和高纠缠保真度
几十年来，产生纠缠粒子最常见的方法是一种叫做自发参量下转换或SPDC的技术
它使用晶体将单个高能光子转换成具有一半原始能量的纠缠光子对
“这对于量子信息实验来说很棒，”堀内说
“但对于宽带量子通信来说，SPDC与量子中继器所需的量子存储器生产中涉及的非常窄的能量跃迁并不十分兼容
" 研究人员通过将晶体放置在蝴蝶结形状的光学腔中，有效地改进了这种技术，并能够通过光纤成功地传播纠缠光子超过10公里，在总距离为20公里的情况下重复一次
根据这一概念证明，一种新的量子记忆兼容纠缠光子源可以通过光缆以低损耗部署，研究人员现在希望通过多个中继器节点将他们的技术部署到更远的距离
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
