光—物質量子糾纏實現50公里光纖傳輸

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科技日報訊(記者劉霞)據物理學家組織網近日報導,奧地利科學家創造了物質和光之間量子糾纏傳輸距離的新紀錄——首次用光纜將量子糾纏傳輸了50公里,比以前的數字高出兩個數量級,可用於構建實用的城際量子互聯網.

量子互聯網有望提供絕對防竊聽的通信和強大的分佈式傳感器網絡.然而,由於量子信息無法複製,因此不可能通過傳統網絡發送這些信息,量子信息必須由量子粒子傳輸,為此需要特殊的接口.這也是實驗物理學家本·蘭寧一直以來的研究目標,他所在的因斯布魯克大學以及奧地利科學院量子光學和量子信息研究所團隊,從一個被困在離子阱中的鈣原子開始實驗.他們利用激光束,將量子態寫在離子上,同時激發它發射出一個光子,量子信息被存儲在光子內.因此,鈣原子與光粒子的量子態糾纏在一起.

但挑戰在於如何通過光纜傳輸光子.蘭寧說:“鈣離子發出的光子的波長為854納米,會很快被光纖吸收.”

因此,他們讓光粒子先通過一個由強激光照射的非線性晶體,這一方法讓光子的波長被轉換到適合長距離行進的最佳值:當前電信標準波長1550納米,然後,他們讓這個光子通過了一條50公里長的光纖.結果表明,即使經過波長轉換和這段漫長的旅程,原子和光粒子仍然糾纏在一起.

接下來,蘭寧團隊證明,他們的方法有望使相距100公里甚至更遠的離子發生糾纏.兩個節點分別向一個相距50公里的交叉點發送一個糾纏的光子,在交叉點那裡,光粒子被測量,這種測量會使光粒子失去與離子的糾纏,離子反過來會糾纏光粒子.

有了100公里的節點間距,人們設想在未來幾年建立世界上第一個城際光—物質量子網絡.例如,可能只需幾個由被困離子組成的系統,就可在因斯布魯克和維也納之間建立量子互聯網.

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