在通过光缆连接的电信网络中，传输的光子往往在行驶几千米后被包含电缆的材料所吸收。为了防止信号失真，每隔一段固定距离的电缆中间就会放置一个中继器以放大信号。通过量子互联网来传输光子也将面临类似的挑战。来自Yokohama National University的Tomoyuki Horikiri教授及其同事正在通过开发一种新的纠缠光子源来解决这个问题。

虽然纠缠光子可以用来传输信息，但远距离量子通信也可能会受到光纤损耗。纠缠的光子会因与周围环境相互作用而互相分离。量子中继器可使量子记忆被重新加载， 因而延长量子通信的距离。量子中继器能够存储正在传输的光子的量子状态，然后通过光与物质之间的量子态的重复交换来工作。这将需要与量子内存兼容的纠缠光子源。

迄今为止，开发纠缠光子源方面的工作都难以满足中继器对量子内存兼容性和实际应用的所有要求，即把大量的光子用于大流量、窄线宽和保持高纠缠保真度。自发参数的下变频(SPDC)是产生纠缠光子的一种常见方法，它使用晶体将单个高能光子转换为具有原始能量一半的纠缠光子对。Horikiri 说：“这对量子信息实验来说非常成功，但对于宽带量子通信，SPDC 与非常狭窄的能量转换不太兼容，当这些狭窄能量转换过程涉及到量子中继器所需的量子储存器时。”

Yokohama团队改进了这项技术，为“量子内存兼容纠缠光子”的新纠缠光子源提供了概念验证，即可以通过低损耗的光纤进行部署。研究人员使用双光梳技术实现了大量的频率多模和纠缠光子对，他们甚至在电信带宽范围内使用了一个狭窄的亚兆赫兹的线宽。他们实现了双光子、10 千米的光纤传输，或整体20千米的信息分发，以及随后的波长转换。尽管波长转换器的带宽有限，但是他们观察到了双光子关联有一个标准化的相关系数。在多模频率的情况下，他们展示了超过95%的纠缠保真度和贝尔态的生成。

这个途径可以进一步引导科学家们使用一种新的量子纠缠分布的方法，那就是与量子内存兼容，同时兼容频分复用和长距离量子通信等应用。除量子信息科学外，它还可以应用于实验光学。接下来研究人员计划在多个中继器节点运用他们的技术，来实现更长的距离传输。这项研究发表在《Communications Physics》(www.doi.org/10.1038/s42005-020-00406-1).

原文链接

微信分享

x

用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

网站内容来源于互联网、原创，由网络编辑负责审查，目的在于传递信息，提供专业服务，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的，请在 20个工作日内与我们取得联系，联系方式：021-80198330。网站及新媒体平台将加强监控与审核，一旦发现违反规定的内容，按国家法规处理，处理时间不超过24小时。