济南量子技术研究院

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结合长寿命冷原子量子存储与量子频率转换技术,研究院成功实现独立存储器间的远距离纠缠

发布时间:

2022-08-05

近日,济南量子技术研究院张强、谢秀平、郑名扬与中国科学技术大学潘建伟院士团队合作,实现了长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术的结合,并成功地采用现场光纤在直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立了纠缠。相关研究成果于近日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,并被美国物理学会(APS)下属网站“Physics”报道。


量子网络的基本单位是远距离双节点纠缠,而在已实现的双节点纠缠中,最远的直线距离仅为1.3公里,其中最主要的限制因素是大多数储存器的光子波长不适合在光纤中进行低损耗传输。如何解决这一问题,构建存储器间纠缠并拓展节点间距成为了量子网络方向的研究热点。2020年研究院与中科大潘建伟团队在此方向取得突破【Nature 578, 240 (2020)】,成功的将双节点纠缠的光纤链路距离拓展至50公里。


为实现长程分离的存储器间纠缠,需要每个量子存储装置能够独立操控。在本项研究中,实验布局如图1所示,研究团队设置了两个节点,分别标记为A和B,其中节点A位于合肥市创新产业园,节点B位于中国科大东区,二者之间由现场布置的20.5公里的光纤进行连接。通过在节点A产生的具有长寿命的光与原子纠缠,将产生的单光子经过频率转换后发送到节点B,再在节点B将收到的光子再次频率转换后采用另一台量子存储器进行存储,成功实现了长程分离。



针对光子在长光纤内的衰减问题,研究团队使用了济南量子技术研究院研制的周期极化铌酸锂波导,替换了原本采用激光冷却的铷原子进行量子存储,成功的将光子波长从795nm转移至1342nm。而针对另一难点,长寿命量子的存储,团队设计了一个新型的光与原子纠缠产生方案,在获得长存储寿命的同时,产生的光子比特编码在时间自由度上,非常适合频率变换以及远距离传输。在此技术基础上,研究团队成功实现了独立存储器间的远距离纠缠。


该项研究工作的成功开展为后续构建多节点量子网络原型系统、进行量子物理检验、探索器件无关量子密钥分发等应用奠定了坚实的基础。同样也是研究院与中科大团队强强联合,取得的又一新突破。相关研究工作得到山东省泰山学者、山东省重点研发计划项目、济南市和济南高新区的支持。


论文链接 :

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.050503