如何加速量子網路？——光子「打包」發送，突破遠程傳輸極限

分類：科學
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光子盒研究院

未來的光纖量子網路有望支持遠距離量子計算機之間的通信。目前，長距離快速傳輸量子信息存在重大挑戰，因為絕大多數的光子無法在傳輸中生存下來。

與逐個發送光子相比，成組地向遠程站點發送光子能在未來的量子網路中更快地建立量子鏈路
現在，奧地利因斯布魯克大學的viktor krutyanskiy及其團隊已將量子力學糾纏光子與遠端原子的成功傳輸率提升了一倍多。
該團隊創新性地改變了傳統的單光子發送方法，選擇將光子分成三組進行發送。他們認為，未來批量發送光子是可行的，這將極大加快量子信息的傳輸速度。
量子網路的核心在於糾纏分發——即將與本地量子比特糾纏的光子發送到遠處。分發系統需驗證每個光子是否成功到達遠端，並檢查其糾纏狀態，然後再嘗試下一次傳輸。這一過程在100公里的光纖傳輸中，受到光損耗及其他低效因素的限制，即使使用頂尖設備，也僅能每秒成功傳輸一個光子。
為了提高傳輸速度，krutyanskiy和他的團隊在一個光腔中捕獲了三個鈣離子（量子比特），並反覆執行協議：迅速激發每個離子發出一個糾纏光子，並發送到長度達101公里的卷繞光纖中。在近90萬次嘗試中，實驗團隊在遠端探測到1906個糾纏光子，有效成功率達每秒2.9次，單離子成功率為每秒1.2次。
實驗示意圖。(a) 光腔中854納米真空駐波模式相鄰反節點上的三個40ca+離子。(b) 光子通過量子頻率轉換（qfc）轉換成1550nm的波長。(c)101千米長的單模光纖線軸（smf-28）。(d) 涉及半（λ/2）和四分之一（λ/4）波板、濾波器網路、偏振分束器（pbs）和超導納米線單光子探測器（snspd）的偏振分析
0公里範圍內的離子-光子糾纏
101千米範圍內的離子光子糾纏。(a)1550納米光子到達時間直方圖。(b)測量的離子光子密度矩陣的絕對值。(c)實驗序列的概念示意圖
參考鏈接：
[1]https://physics.aps.org/articles/v17/s44
[2]https://www.zhihu.com/zvideo/1761871320181010432
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