如何加速量子网络？——光子“打包”发送，突破远程传输极限

分类：科学

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2024-04-27

光子盒研究院

未来的光纤量子网络有望支持远距离量子计算机之间的通信。目前，长距离快速传输量子信息存在重大挑战，因为绝大多数的光子无法在传输中生存下来。

与逐个发送光子相比，成组地向远程站点发送光子能在未来的量子网络中更快地建立量子链路

现在，奥地利因斯布鲁克大学的viktor krutyanskiy及其团队已将量子力学纠缠光子与远端原子的成功传输率提升了一倍多。

该团队创新性地改变了传统的单光子发送方法，选择将光子分成三组进行发送。他们认为，未来批量发送光子是可行的，这将极大加快量子信息的传输速度。

量子网络的核心在于纠缠分发——即将与本地量子比特纠缠的光子发送到远处。分发系统需验证每个光子是否成功到达远端，并检查其纠缠状态，然后再尝试下一次传输。这一过程在100公里的光纤传输中，受到光损耗及其他低效因素的限制，即使使用顶尖设备，也仅能每秒成功传输一个光子。

为了提高传输速度，krutyanskiy和他的团队在一个光腔中捕获了三个钙离子（量子比特），并反复执行协议：迅速激发每个离子发出一个纠缠光子，并发送到长度达101公里的卷绕光纤中。在近90万次尝试中，实验团队在远端探测到1906个纠缠光子，有效成功率达每秒2.9次，单离子成功率为每秒1.2次。

实验示意图。(a) 光腔中854纳米真空驻波模式相邻反节点上的三个40ca+离子。(b) 光子通过量子频率转换（qfc）转换成1550nm的波长。(c)101千米长的单模光纤线轴（smf-28）。(d) 涉及半（λ/2）和四分之一（λ/4）波板、滤波器网络、偏振分束器（pbs）和超导纳米线单光子探测器（snspd）的偏振分析

0公里范围内的离子-光子纠缠

101千米范围内的离子光子纠缠。(a)1550纳米光子到达时间直方图。(b)测量的离子光子密度矩阵的绝对值。(c)实验序列的概念示意图

参考链接：

[1]https://physics.aps.org/articles/v17/s44

[2]https://www.zhihu.com/zvideo/1761871320181010432

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