在通往量子网络的路上-创纪录的20公里光纤纠缠

时间:2020-02-05 18:48 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

在通往量子网络的路上-创纪录的20公里光纤纠缠

慕尼黑路德维希马克西米利安大学的物理学家和萨尔大学的同事们已经成功地证明了原子和光子之间的纠缠态通过光纤的传输,传输距离可达20公里。从而创造了新的记录。

《;Entanglement’描述了一种非常特殊的量子态,它不是单独属于一个粒子,而是由两个不同的粒子共享。它不可逆转地把他们后来的命运联系在一起不管他们相距多远-爱因斯坦(Albert Einstein)将这种现象称为“幽灵般的远距离作用”。纠缠态已经成为基于量子级效应的新技术的基石,其长距离分布是量子通信的中心目标。现在LMU研究物理学家哈拉尔德Weinfurter,与团队合作的萨尔州大学Saarbrü cken,表明一个原子和一个光子的纠缠态可以通过光纤传送(像那些用于电信网络)的距离20公里。之前的记录是700米。目前的纪录似乎是50公里。这项实验是一个里程碑,因为它所覆盖的距离证实了量子信息可以大规模分布而损耗很小。Weinfurter说。因此,我们的工作是迈向未来量子网络实现的关键一步。

量子网络本质上是由充当节点的量子存储器(例如,由一个或多个原子组成)和光子(光量子)传播以将节点连接在一起的通信通道组成的。在他们的实验中,研究人员将一个铷原子与一个光子纠缠在一起,并能够探测到纠缠态现在两者的量子性质相同了在它通过一个20公里长的光纤线圈后。

实验人员面临的最大问题是从铷原子的性质开始的。在目标激发后,这些原子在光谱的近红外区域发射出波长780纳米的光子。在玻璃制成的光纤中,这种波长的光被迅速吸收。Weinfurter解释道。因此,传统的电信网络利用1550纳米左右的波长,这可以显著减少传输中的损耗。

显然,这种波长也会改善实验者的成功的机会。因此,萨尔布吕肯研究小组的成员马蒂亚斯·博克(Matthias Bock)建造了一个所谓的量子频率转换器,专门用来将发射光子的波长从780纳米提高到1520纳米。这项任务本身就提出了一些极其艰巨的技术挑战。因为必须确保从单个光子到另一个光子的转换发生,并且在转换过程中不改变纠缠态的其他性质,特别是光子的偏振。否则,纠缠态将丢失。由于使用了这种高效的转换器,我们能够在更长的通信波长范围内保持纠缠态,从而传输它长距离传输的量子信息。Weinfurter说。

下一步,研究人员计划对第二个原子发出的光进行频率转换,这将使他们能够通过长电信光纤在两个原子之间产生纠缠。玻璃纤维电缆的性能取决于其暴露的温度和应变等因素。因此,研究小组打算首先在实验室条件可控的情况下进行这项实验。如果成功,还将进行实地试验,为不断扩大的网络增加新的节点。毕竟,即使是长途旅行,也可以一步一个脚印地成功完成。

原子-光子纠缠在电信波长上的长距离分布由Tim van Leent, Matthias Bock, Robert Garthoff, Kai Redeker, Wei Zhang, Tobias Bauer, Wenjamin Rosenfeld, Christoph Becher, and Harald Weinfurter, 2020年1月10日,物理评论快报。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.010510

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