清華大學(xué)段路明研究組實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用原子 存儲(chǔ)器間的量子通信
清華大學(xué)段路明研究組實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用原子 存儲(chǔ)器間的量子通信
2020年06月30日 瀏覽次數(shù): 0
? ? ? ?清華大學(xué)量子信息中心段路明教授研究組在量子中繼網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)處于不同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器間的量子通信，這一成果展現(xiàn)了利用多路復(fù)用量子存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)量子中繼網(wǎng)絡(luò)的可行性。該成果論文《Quantum Communication between Multiplexed Atomic Quantum Memories （多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器間的量子通信）》近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快訊》（Phys. Rev. Lett）。
? ? ? ?為了克服單光子信號(hào)在量子信道傳輸時(shí)面臨的指數(shù)衰減問題，長(zhǎng)程量子通信需要利用量子中繼器方案。DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）協(xié)議作為量子中繼器方案影響最大的物理實(shí)現(xiàn)方式，通過在長(zhǎng)程信道中插入量子存儲(chǔ)器節(jié)點(diǎn)，利用量子存儲(chǔ)器產(chǎn)生和傳輸糾纏態(tài)，實(shí)現(xiàn)相鄰量子存儲(chǔ)器間的糾纏，進(jìn)而通過多步糾纏交換操作最終完成長(zhǎng)程糾纏信道的建立，克服單光子信號(hào)在光纖中的指數(shù)衰減問題。多路量子存儲(chǔ)器的使用可以進(jìn)一步提升量子中繼器方案的性能。在一個(gè)物理裝置中，多路復(fù)用量子存儲(chǔ)器具有許多獨(dú)立的量子存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元均可以產(chǎn)生和存儲(chǔ)量子態(tài)，并維持之間的相干性，進(jìn)而減少糾纏分發(fā)和糾纏交換所需要的時(shí)間。此前該研究組分別利用DLCZ協(xié)議和電磁誘導(dǎo)透明（EIT）效應(yīng)，在冷原子系綜中實(shí)現(xiàn)了多路復(fù)用的原子量子存儲(chǔ)器。然而如何相干地將多比特或多維量子態(tài)從多路復(fù)用的原子存儲(chǔ)器耦合到單光子光纖，是一個(gè)急需解決的問題。
多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器間的量子通信實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
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? ? ? ?這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)了獨(dú)特的操作，使得在不同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器之間可以完成量子態(tài)傳輸。實(shí)驗(yàn)利用聲光偏轉(zhuǎn)器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)尋址，使得在一個(gè)多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器中通過DLCZ協(xié)議產(chǎn)生的、利用不同存儲(chǔ)單元編碼的自旋波（spin-wave）量子比特，轉(zhuǎn)換為時(shí)間段（time-bin）量子比特，進(jìn)而通過EIT效應(yīng)存儲(chǔ)到另一個(gè)多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器中。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同原子存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生、傳輸和儲(chǔ)存的糾纏態(tài)，其在操作前后均能保持較高的保真度，證明了多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器可以完成量子中繼器方案所要求的量子連接。此外高維量子態(tài)作為提升量子信道容量的載體，也被驗(yàn)證可以完成高保真?zhèn)鬏敗＿@項(xiàng)工作驗(yàn)證了利用多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)量子中繼器方案的可行性，審稿人認(rèn)為這對(duì)量子網(wǎng)絡(luò)的研究有重要的推動(dòng)。
多路復(fù)用原子存儲(chǔ)器的單獨(dú)尋址操作演示和量子態(tài)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證
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? ? ? ?該論文第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院博士研究生李暢，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生蔣楠、常煒、濮云飛、張勝和博士后吳宇愷。項(xiàng)目得到教育部、科技部以及清華大學(xué)的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.240504
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