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深度解讀
在量子網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點之間建立和存儲確定性量子糾纏
星之球科技 來源:中國激光2017-12-18 我要評論(0 )
山西大學光電研究所賈曉軍課題組將連續(xù)變量多組份糾纏光場存儲到多個原子系綜,從而實現(xiàn)了多個空間分離的量子節(jié)點之間確定性量子
山西大學光電研究所賈曉軍課題組將連續(xù)變量多組份糾纏光場存儲到多個原子系綜,從而實現(xiàn)了多個空間分離的量子節(jié)點之間確定性量子糾纏的制備、存儲和釋放,為量子網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供了可能。
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與經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)相似,量子網(wǎng)絡(luò)由量子節(jié)點和量子通道構(gòu)成。量子節(jié)點用于量子信息的存儲和處理,量子通道用于量子信息的傳輸。在原子系綜中,由于光和原子的相互作用強,而且系統(tǒng)易于實現(xiàn),所以是實現(xiàn)量子節(jié)點的理想選擇之一。首先在多個空間分離的量子節(jié)點之間實現(xiàn)和存儲量子糾纏;然后在用戶掌控瞬間將存儲的量子糾纏映射到量子通道,用于量子信息的分發(fā)和傳遞,是未來發(fā)展量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。
圖1 實驗裝置。Part I:三組份光學糾纏的產(chǎn)生系統(tǒng);Part II:光場糾纏到原子系綜的映射系統(tǒng);Part III:糾纏驗證系統(tǒng)
賈曉軍課題組利用三套簡并光學參量放大器和線性光學分束器網(wǎng)絡(luò)制備了非共線的三組份類GHZ糾纏態(tài)光場;然后,通過聲光調(diào)制器將其轉(zhuǎn)換為糾纏光脈沖,用于量子存儲,實驗裝置如圖1所示。由于鈦寶石激光器具有良好的調(diào)諧特性,該糾纏光場的波長可以和銣原子D1吸收線相匹配。
在量子寫入的過程中,利用電磁誘導透明的動力學過程,將該三組份糾纏態(tài)存儲到空間分離的三個原子系綜中,通過量子態(tài)映射的方法建立了三個原子系綜之間的量子糾纏;在原子相干時間內(nèi),通過量子讀出過程將量子糾纏從原子系綜映射到量子通道中的光場,用于原子系綜量子態(tài)的驗證以及量子糾纏態(tài)的進一步分發(fā)。在1000 ns的存儲時間后,研究團隊分析了三個釋放光脈沖的關(guān)聯(lián)特性,實驗結(jié)果如圖2所示。該結(jié)果表明:三個釋放光脈沖的正交分量滿足類GHZ三組份不可分判據(jù),關(guān)聯(lián)起伏的和為I(t)L=0.96±0.01。因此,三個原子系綜具有保持三組份糾纏的能力,也就是在三個原子系綜之間實現(xiàn)了確定性的類GHZ糾纏態(tài)的建立和存儲。
圖2 實驗結(jié)果:注入和釋放光學子模的歸一化關(guān)聯(lián)起伏。曲線(1):真空噪聲基準;曲線(2):注入光學子模的關(guān)聯(lián)起伏;曲線(3):在1000 ns存儲時間后釋放光學子模對應(yīng)的關(guān)聯(lián)起伏;
該研究表明在多個宏觀物體(原子系綜)之間建立了量子糾纏,這為量子網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供了可能。此外,由于八組份以上空間分離的糾纏態(tài)光場已經(jīng)由該研究組實驗實現(xiàn),這一方案能夠直接推廣到包含更多個量子節(jié)點的大尺度量子網(wǎng)絡(luò),在開發(fā)下一代基于連續(xù)變量光場和原子系綜的分布量子計算機方面具有巨大的潛力。該成果發(fā)表在 Nature Communications [8, 718 (2017)]上。
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