清华大学交叉信息研究中心段路明团队在量子信

清华大学交叉信息研究中心段路明团队在量子信


  最近,清华大学交叉信息研究中心段路明团队在量子信息领域取得了重大进展,在量子直播协议的实验中,实现了两个直播模块之间的高效纠缠连接,并成功地展示了量子直播模块连接效率的大规模提高。

  在实际应用中,这是实现量子增音机的重要一步。

  光纤传输过程中光子指数衰减是长距离量子通信和大规模量子网络实现中的主要问题,而量子中继协议是解决光纤传输损耗的有效方法。

  在2001年,段路明和他的合作者们提出了著名的DLCZ(Duan-Lukin-Cirac-Zoller)量子传输方案,该方案利用原子量子存储器和单光子信道的结合克服了光纤中的光量子信号指数衰减,并在此后一直是研究的热点。

  在全球范围内,经过近20年的努力,DLCZ量子中继协议实验在很多方面都有了很大的发展。

  但作为量子直播协议中的重要一步,即如何利用量子存储器将小规模的直播模块与相邻的直播模块有效地连接起来,从而扩大量子纠缠在空间中的分布,由于实验技术上的困难,至今尚未实现。

  首先:中国在量子通信方面的重大突破。

  试验系统的原理图

  首先,通过把超低温、原子气体困住在一维光晶格中,用光学抽运方法,使原子处于对磁场变化不敏感的钟态,从而使冷原子的量子传输时间延长至几十毫秒,从而使原子处于对磁场变化不敏感的位置。

  结合高速实时反馈控制系统,将先生成量子纠缠的中继模块存储在相邻的中继模块中,在量子纠缠发生的同时,实现了相邻两个中继模块内部量子纠缠的异步生成,并通过两个模块之间的纠缠交换,实现了量子中继模块之间的高效纠缠连接。

  以此方式进行纠缠联接,其联接效率线性比单个模块内制备纠缠所需的时间要长,而且其大规模复杂性与以前研究中用不用量子存储的同步制备两个中继模块内量子纠缠所需的二次时间相比有所改变。

  当单个量子直播模块的内部缠结制备概率为0.1%时,两个量子直播模块的缠结联接效率提高了353倍。

  当未来的量子中继模块由两个扩展到n个时,这种效率的提高与量子中继器在量子纠缠分布效率方面直接传输的指数级提高相对应。

  通过量子存储的应用,实现了不同量子接力模块的按需连接,大大提高了接力效率,体现了量子接力器对长程量子通信的核心加速能力。

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