创纪录的水平

由八个欧洲国家的大学研究小组组成的量子互联网联盟科学研究团队,近日用一组仅2.5厘米长的铯原子阵列,使量子存储器的存储和检索效率,达到了里程碑创纪录的水平。

这是未来建立跨越洲际,大规模量子通信网络的关键一步。

量子存储创里程碑记录,大规模量子网络建设路径日渐清晰-量子客
图1|量子通信网络(来源:iStockphoto)

量子互联网可以通过纠缠连接远距离的通信节点,这使得量子力学连接的粒子,不管它们之间的距离有多远,都能够经历各自能量状态的相关变化。

但是这些系统分配纠缠所需的时间,取决于它们存储和检索纠缠的效率。

法国索邦大学卡司特勒-布洛索实验室的教授、量子网络团队负责人Julien Laurat表示,他们在这项工作中达到了85-90%的效率基准,而此基准是所有物理平台中最好的,以前的工作最多只能达到25%的效率。

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图2|卡司特勒-布洛索实验室(来源:Hubert Raguet)

 

创纪录的意义

将存储和检索的效率从25%提高到90%,使得可支持的量子网络的速度、大小都发生了很大的改变。

例如,Laurat及其同事指出,将效率从60%提高到90%,可以在600公里的距离内,将量子存储器的速度提升2个数量级。

也就是说,在量子网络可以跨越数百公里之前,还有很多工作要做。

该实验涉及两个基于激光冷却铯原子集合的量子存储器。研究人员演示了铯原子如何从纠缠的光束中,存储和检索单光子纠缠。纠缠的光子可以在未来的量子互联网中,连接各个量子节点。

芝加哥大学研究量子通信的博士后研究员Filip Rozpedek说,在未来的大规模量子网络中,将需要同时生成多个这样的纠缠链接,以便日后能够将它们连接至端到端的长距离链路中。

Rozpedek表示,如果没有可靠的存储和检索效率,这种将较小部分连接到较大量子网络的“量子中继器”协议就不实用。这种效率开启了实验研究这种实用量子中继器的可能性。

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图3|量子中继器(来源:Physics)

 

未来走向

Rozpedek解释说,下一步骤就是要证明,量子存储器设备之间的高传输效率,而设备与设备之间的距离更大、存储时间更长。

未来要想成功构建量子互联网,可能需要使用“多路复用”技术,该技术允许并行尝试在量子节点之间建立纠缠链接。

Laurat和她的团队已经着眼于解决下一个里程碑。如果一切顺利,他们设想在未来五到十年内,建立一个泛欧洲的量子网络。她表示,接下来的几年,实验的范围会扩大到几十公里。

 

参考链接:

[1]https://spectrum.ieee.org/tech-talk/telecom/internet/milestone-for-quantum-memory-efficiency-makes-quantum-internet-possible

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:Sakura