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世界纪录纠缠存储为量子小泉彩,里美尤利娅互联网联盟树立里程碑

物理学 2022-05-13 23:59:07

索邦大学 量子互联网联盟联盟是欧盟量子旗舰项目第一阶段融资的一部分

信用:QuTech-Delft 巴黎索邦大学的研究人员已经实现了量子纠缠在两个量子存储器件之间的高效转移

这一成就为未来量子互联网的可扩展性带来了关键因素

连接多个地点的量子互联网是全球量子技术路线图的关键一步

在此背景下,欧洲量子旗舰计划于2018年启动了量子互联网联盟

该联盟由斯蒂芬妮·韦纳(QuTech-Delft)协调,由来自8个欧洲国家的12个主要大学研究小组组成,与20多家公司和机构密切合作

他们将他们的资源和专业领域结合起来,为未来的量子互联网和所需的技术制定蓝图

量子互联网使用一种有趣的量子现象将网络中的不同节点连接在一起

在正常的网络连接中,节点通过来回发送电子或光子来交换信息,这使得它们容易被窃听

在量子网络中,节点通过纠缠连接在一起,这是爱因斯坦著名的“远距离幽灵行动”

“这些远距离的非经典关联不仅允许直接传输之外的安全通信,还允许分布式量子计算或增强的传感

然而,构建大规模量子网络的一个主要挑战是在遥远的节点之间产生这种相关性的能力

原则上,如果纠缠被可靠地存储在量子存储器件中,这个挑战是可以克服的

通过将长距离分成几个较短的部分,可以在这些基本链路的末端之间产生纠缠,然后将它们连接起来,直到两个初始节点都纠缠在一起

量子存储设备存储纠缠,确保在执行连接之前在所有段上创建了纠缠

这种协议被称为量子中继器

一个关键参数是量子存储设备的效率:如果一个设备不能记录或检索纠缠光,量子中继器就不能正常工作

例如,存储和检索效率从60%到90%的提高,极大地减少了600公里距离上纠缠分布的平均时间,通常减少两个数量级

QIA联盟的目标之一是通过使用不同的物理平台构建高效的纠缠存储设备,为量子中继器技术奠定基础

在2020年10月的在线版《光学》中,教授

朱利安·劳拉特和他的团队在卡斯特勒·布罗塞尔实验室(CNRS索邦大学,法国PSL学院)报告了这一努力期待已久的一步

他们演示了将纠缠光束存储和检索到两个量子存储器件中,总效率高达85%

相对于该领域以前的工作,这一数值增加了三倍以上

“这一成就是我们实验室10年实验发展的结果

它现在为进一步的研究开辟了道路,因为许多潜在的网络体系结构在可扩展性方面具有如此高的效率价值

D

LKB大学的学生,该论文的主要作者之一

巴黎实验包括一个非常长的激光冷却铯原子系综,并且基于一个被称为电磁感应透明的协议

控制激光束使介质透明,并减缓携带信息的入射信号光

当信号包含在系综中并且控制光束关闭时,信息被转换成原子的集体激发,该激发被存储直到控制光束再次打开

劳拉特的团队首先产生了两束纠缠在一起的光束,然后按照这个协议将它们映射到两个记忆中

通过使用特定的原子跃迁并在每个存储器中达到非常大的吸收,研究人员能够以前所未有的效率写入和读出纠缠,同时保持非常低的噪声污染

在玻璃室内激光冷却的一个3厘米长的铯原子系综被用作量子存储器

信用:LKB “我们创纪录的效率首先需要强有力的理论努力,以更好地理解我们先前实施中的限制因素,然后进行实验性的考察,将所有必需的成分结合在一起,”前玛丽·居里博士后研究员、该论文的另一位主要作者曹明涛补充道

亚历山德拉·谢列梅,前玛丽·居里研究员,也是该论文的作者,在模拟整个过程和考虑这个原子系统中多个能级的复杂性方面发挥了关键作用

Optica报道的工作是进一步调查的敲门砖

然而,建立大规模网络的道路仍然充满挑战

例如,高效的量子存储器件还需要有较长的存储时间,以便比失去纠缠更快地产生纠缠

这一关键特性还能够并行存储不同的信息

QIA财团正在从理论和实验两方面着手解决这些问题

教授

例如,Laurat在巴黎的团队正致力于开发“空间多路复用”存储器,这种存储器可以同时存储多个状态,以便并行处理量子连接

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