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世界纪录的纠缠存储为昆腾互联网联盟树立了里程碑

巴黎索邦大学的研究人员已经实现了量子纠缠进出两个量子存储设备的高效转移。这一成就为未来量子互联网的可扩展性带来了关键因素。

连接多个位置的量子互联网是全球量子技术路线图中的关键一步。在这种背景下,欧洲量子旗舰计划于2018年启动了量子互联网联盟。该联盟由斯蒂芬妮·韦纳(Stephanie Wehner)(QuTech-Delft)协调,由来自八个欧洲国家的大学的12个领先研究小组组成,与20多家公司和研究所密切合作。他们结合了自己的资源和专业领域,为未来的量子互联网和所需的技术制定了蓝图。

量子互联网使用一种有趣的量子现象将网络中的不同节点连接在一起。在正常的网络连接中,节点通过来回发送电子或光子来交换信息,从而使其易于被窃听。在量子网络中,节点通过纠缠连接在一起,纠缠是爱因斯坦著名的“远距离怪异动作”。这些远距离的非经典相关性将不仅允许直接传输以外的安全通信,还允许分布式量子计算或增强的传感。

然而,建立大规模量子网络的一个主要挑战是在远距离节点之间生成这种相关性的能力。原则上,如果纠缠可靠地存储在量子存储设备中,则可以克服这一挑战。通过将长距离分成几个较短的段,可以在这些基本链接的末端之间产生纠缠,然后将它们连接起来,直到两个初始节点都纠缠在一起。量子存储设备存储纠缠,确保在执行连接之前已在所有段上创建纠缠。该协议称为量子中继器。

一个关键参数是量子存储设备的效率:如果一个设备无法记录或检索纠缠的光,则量子中继器将无法正常工作。例如,将存储和检索效率从60%提高到90%,可以大大减少600公里距离内纠缠分布的平均时间,通常减少两个数量级。QIA联盟的目标之一是通过构建用于使用不同物理平台进行纠缠的高效存储设备,为量子中继器技术奠定基础。

在2020年10月的《Optica》在线期刊上,朱利安·劳拉特(Julien Laurat)教授及其团队在卡斯特勒·布鲁塞尔实验室(CNRS的索邦大学,CNRS的ENS-PSé大学)进行了期待已久的工作。他们已经证明了纠缠光束在两个量子存储设备中的存储和恢复,总效率高达85%。相对于该领域的先前工作,该值构成了三倍以上的增长。

FélixHoffet博士说:“这项成就是我们实验室10年的实验开发的结果。随着许多潜在的网络体系结构都认为这种效率值具有可扩展性,它为进一步的研究开辟了道路。” LKB的学生,也是该论文的主要作者之一。

巴黎实验涉及激光冷却铯原子的非常长的集合,并且基于称为电磁感应透明性的协议。控制激光束使介质透明,并减慢携带信息的撞击信号光。当信号包含在合奏中并且控制束关闭时,信息将转换为原子的集体激发,并将其存储起来,直到再次打开控制束为止。Laurat的团队首先生成了两个纠缠在一起的光束,然后按照该协议将它们映射到两个内存中。通过使用特定的原子跃迁并在每个内存中达到很高的吸收率,研究人员能够以前所未有的效率写入和读出纠缠,

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