據(jù)發(fā)表在2日《自然》雜志上的論文，西班牙巴塞羅那光子科學研究所（ICFO）的研究人員首次在相隔10米的兩個多模固態(tài)量子存儲器之間實現(xiàn)了量子糾纏，將一個單光子存儲在這兩個存儲器中，時間最長達到25微秒。研究人員認為，這是量子通信的重要里程碑，有助于開發(fā)出用于未來量子互聯(lián)網(wǎng)的量子中繼器。

　　量子存儲器的作用類似于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中的中繼器，可提高信號強度和保真度，它與量子比特源都是量子互聯(lián)網(wǎng)的基本組成部分。但要在量子水平上運行這一系統(tǒng)，必須在量子存儲器之間建立長距離的糾纏，并盡可能保持高效。

　　此次，研究人員使用了一種稀土摻雜的晶體作為量子存儲器，用兩個光源來產生相關的單光子對。在每對中，一個光子名為idler，波長為1436納米（電信波長）；另一個名為signal，波長為606納米。單signal光子被發(fā)送到量子存儲器，并通過一種名為原子頻率梳的協(xié)議存儲在那里；idler光子則通過光纖發(fā)送分束器中，在那里關于它們的起源和路徑的信息被完全擦除。

　　研究論文第一作者、博士后研究員薩繆爾·格蘭迪說：“我們擦除了任何關于idler光子來源的特征，這么做是因為我們不想知道任何關于signal光子的信息，以及它存儲在哪個量子存儲器中?！蓖ㄟ^擦除這些特征，signal光子可能存儲在任何一個量子存儲器中，這意味著它們之間產生了糾纏。

　　以往實驗大多使用預報光子（herald photons）來獲知量子存儲器之間的糾纏是否成功。在本實驗中，研究人員使用電信頻率的idler光子作為預報光子。每次探測到idler光子時，就證明發(fā)生了糾纏，這種糾纏由一個單光子在兩個遠距離量子存儲器之間的疊加態(tài)構成。

　　通過原子頻率梳的協(xié)議，研究人員還能在量子存儲器中多次存儲糾纏光子，這一功能類似于在傳統(tǒng)信道中同時發(fā)送幾條消息的“多路復用”。這兩個關鍵功能首次同時實現(xiàn)，為量子互聯(lián)網(wǎng)擴展到更遠距離奠定了基礎。

　　實驗中使用的預報光子在電信頻率范圍，可與現(xiàn)有電信網(wǎng)絡兼容，相關技術系統(tǒng)能更容易地整合到傳統(tǒng)網(wǎng)絡設施中。下一步，研究人員打算嘗試在實驗室外把不同的節(jié)點連接在一起，并實現(xiàn)更遠距離的糾纏。目前，他們正在巴塞羅那構建第一條35公里長的量子鏈路。

　　總編輯圈點

　　這條消息讓人想起一個最近非常流行的表情包：我看不懂，但我大受震撼。說實話，大部分量子領域成果，都會給人帶來這樣的觀感，因為即便用最通俗易懂的語言去解釋量子糾纏，也需要受眾從量子態(tài)、偏振、角動量守恒等先了解起，才能體會其奧妙之處。那作為普通人到底該怎樣理解這樣一個研究呢？或許，根本不需要去懂。你只要知道，量子現(xiàn)象或暗示著宇宙的規(guī)則，而科學家嘗試去理解和實現(xiàn)它，能為我們未來的計算機及互聯(lián)網(wǎng)服務。

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費、優(yōu)惠的活動和科普好物！