我團隊首次實現獨立量子記憶體間的遠距離糾纏

記者7日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉及其同事包小輝、張強等，將長壽命冷原子量子存儲技術與量子頻率轉換技術相結合，採用現場光纖在相距直線距離12.5公里的獨立量子存儲節點間建立糾纏。相關研究成果以編輯推薦的形式日前發表在《物理評論快報》上。

量子網路的基本單元是遠距離雙節點糾纏。通過採用量子存儲技術對光子進行存儲，將使不同節點間的高效糾纏連接成為可能。構建記憶體間糾纏並拓展節點間距一直是量子網路方向的研究熱點。已實現的雙節點糾纏實驗中，最遠直線距離僅為1.3公里。2020年中國科大潘建偉團隊在此方向取得突破，將雙節點糾纏的光纖鏈路距離拓展至50公里。然而該實驗中，兩台量子記憶體位於同一間實驗室，並未實現長程分離。

為實現長程分離的記憶體間糾纏，每個量子存儲裝置需能夠獨立操控。在本研究中，節點A位於合肥市創新産業園，節點B位於中國科大東區，二者之間由20.5公里的光纖進行連接。團隊在節點A産生了具有長壽命的光與原子糾纏，並將産生的單光子經過頻率轉換後發送到節點B，節點B將收到的光子再次頻率轉換後採用另一台量子記憶體進行存儲。

實驗難點在於單光子的高效傳輸以及長壽命量子存儲。團隊採用由濟南量子研究院研製的週期極化鈮酸鋰波導，將光子波長轉移至1342奈米，極大地降低了光子在長光纖內的衰減。另一難點在於長壽命量子存儲，存儲壽命需超過光子傳輸時間。為此，團隊設計了一個新型的光與原子糾纏産生方案，在獲得長存儲壽命的同時，産生的光子比特編碼在時間自由度，非常適合頻率變換以及遠距離傳輸。