利用多路复用量子存储器实现的远距离量子隐形传态

发布时间：2023-05-05 09:06:45 所属栏目：动态来源：

导读：实验设置。a 纠缠光子对在爱丽丝产生。信号光子被路由到Pr掺杂的晶体，而空闲光子通过5米或1公里长的光纤向鲍勃发送。在Bob，产生1436 nm处的任意量子比特并干扰空闲光子以执行BSM。检测结果被传达回 Alice，在那里进

实验设置。a 纠缠光子对在爱丽丝产生。信号光子被路由到Pr掺杂的晶体，而空闲光子通过5米或1公里长的光纤向鲍勃发送。在Bob，产生1436 nm处的任意量子比特并干扰空闲光子以执行BSM。检测结果被传达回 Alice，在那里进行处理，以便可以正确应用前馈。周期性轮询铌酸锂（PPLN）、二向色镜（DM）、带通滤波器（BPF）、移相器（PS）、单光子检测器（SPD）、滤光腔（FCav）、声光调制器（AOM）、可变衰减器（VA）。b PR的相关水平计划3+：Y2二氧化硅5晶体。c 布洛赫球，其中标记了我们实验的所有相关量子比特状态。来源：自然通讯（2023）。DOI

量子隐形传态是一种允许在两个遥远的量子对象（发送方和接收方）之间传输量子信息的技术，通常使用这样一种称为量子纠缠的现象可以被作为有用的资源。

这个过程的独特之处在于，实际信息不是通过连接双方的通信信道发送量子比特（量子比特）来传输的;相反，信息在一个位置被销毁，并出现在另一个位置，而不会在两者之间实际传输。这种令人惊讶的特性是由量子纠缠实现的，伴随着经典比特的传输。

这将有助于将量子技术集成到当前的电信网络中，并将这些系统实现的安全通信扩展到很远的距离。此外，量子隐形状态允许在不同类型的量子系统之间传输量子信息，例如，在光和物质之间或不同类型的量子节点之间。

量子隐形状态在理论上是在90年代初提出的，世界各地的几个小组进行了实验演示。虽然科学界在如何进行这些实验方面已经获得了丰富的经验，但关于如何以实用的方式传送信息，允许通过扩展网络进行可靠和快速的量子通信，仍然存在一个悬而未决的问题。

这意味着接收器需要一种称为量子存储器的设备，该设备可以存储量子比特而不会降低其性能，直到可以实现最终操作。最后，这种量子存储器应该能够以多路复用的方式运行，以便在发送方和接收方距离较远时最大限度地提高传送信息的速度。迄今为止，没有任何实施机构将这三项要求纳入统一示范。

在最近发表在Nature Communications上的一项研究中，ICFO研究人员Dario Lago-Rivera，Jelena V. Rakonjac，Samuele Grandi由ICFO Hugues de Riedmatten的ICREA教授领
一旦创建，我们将第一个606纳米光子保存在爱丽丝，并将其存储在多路复用的固态量子存储器中，将其保存在存储器中以供将来处理。与此同时，我们采用了爱丽丝创造的电信光子，并将其通过1公里的光纤发送到第二个实验装置，称为鲍勃，达里奥·拉戈回忆道。

1公里以上的传送信息
第二和第三光子通过所谓的贝尔状态测量（BSM）相互干扰。这种测量的效果是混合了第二光子和第三光子的状态。由于第一个和第二个光子一开始就纠缠在一起，它们的联合状态高度相关，BSM的结果是将第三个光子中编码的信息转移到第一个光子上，由爱丽丝存储在1公里外的量子存储器中。

正如Dario Lago和Jelena Rakonjac所提到的，我们能够在两个以前从未接触过的光子之间传递信息，但通过确实与第一个光子纠缠的第三个光子连接。这个实验的独特之处在于，我们采用了一种多路复用的量子存储器，能够将第一个光子存储足够长的时间，这样当爱丽丝发现相互作用发生时，我们仍然需要能够按照上述协议的下述要求正确地处理传送的信息。

正如Hugues de Riedmatten所强调的那样，量子隐形传态对于为未来的量子互联网实现高质量的远距离通信至关重要。我们的目标是在越来越复杂的网络中实现量子隐形状态，并具有先前的分布式纠缠。我们的量子节点的固态和多路复用特性以及它们与电信网络的兼容性使其成为在已安装的光纤网络中远距离部署该技术的有前途的方法。

进一步的改进已经在计划中。一方面，该团队专注于开发和改进技术，以便在保持效率和速率的同时将设置扩展到更长的距离。另一方面，他们还旨在研究和使用这种技术在不同类型的量子节点之间的信息传输，以实现未来的量子互联网，以便能够在网络的远程各方之间高效地分发和处理多种多样的量子信息。

（编辑：汽车网）

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