科学家展示了光力学量子隐形传态

从外部源到量子节点的未知输入态的量子隐形传态被认为是远程量子通信协议的关键组成部分之一。它已经在纯光子量子系统以及由光子通道连接的原子和固体自旋系统中得到了证明。现在,一组来自荷兰、巴西和中国的研究人员已经演示了偏振编码光学输入态在一对纳米机械谐振器的联合态上的量子隐形传态。

隐形传态协议关键步骤及其验证的示意图:(1)EPR源的实现:一对纳米束的Stokes散射导致纳米束中的光子偏振态与声子占据态之间的纠缠态;(2)以弱相干态的偏振基编码任意输入态;(3)极化的BSM将输入状态传送到关节机械记忆状态;(4)一个短的反斯托克斯脉冲将瞬移态(ψout)映射回光子偏振以进行验证。图片来源:Fiaschi等人,doi: 10.1038/s41566-021-00866-z。

隐形传态协议关键步骤及其验证的示意图:(1)EPR源的实现:一对纳米束的Stokes散射导致纳米束中的光子偏振态与声子占据态之间的纠缠态;(2)以弱相干态的偏振基编码任意输入态;(3)极化的BSM将输入状态传送到关节机械记忆状态;(4)一个短的反斯托克斯脉冲将瞬移态(ψout)映射回光子偏振以进行验证。图片来源:Fiaschi, doi: 10.1038 / s41566 - 021 - 00866 - z。

“光机械设备的使用是一项突破,因为它们可以在任何波长下工作,包括低损耗的红外通信光纤波长,”西蒙Gröblacher博士说,他是代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所和量子纳米科学系的研究员。

“正是这种波长导致了最低的传输损耗,使得中继器节点之间的距离最长。”

“这一里程碑之所以成为可能,是因为我们的纳米光学机械系统的质量和灵活性,与大多数其他量子系统不同,它允许独立设计的光学特性。未来的量子互联网无疑将利用现有的这个波长的电信网络。”

在他们的实验中,Gröblacher博士和同事们在任意量子态下创造了一个偏振编码的光子量子比特。

然后,他们将这个光子传输到几十米的光纤上,并将其传送到由两个巨大的机械硅谐振器组成的量子存储器中——每个谐振器的大小约为10微米,由数百亿个原子组成。

量子信息存储在两个谐振子的单激发子空间中。

为了测试这一过程的可靠性,研究人员进一步证明,他们能够忠实地从记忆中恢复这种远程传输状态。

Gröblacher博士说:“我们现在必须进一步提高性能,使其达到可应用于现实世界的系统所需的水平,比如提高量子比特隐形传输和存储的重复率、保真度和成功率。”

坎皮纳斯大学(University of Campinas)的研究人员蒂亚戈·阿雷格里(Thiago Alegre)博士说:“一种方法是设计对寄生光吸收有弹性的光机械系统。”

“由于这些纳米制造设备的灵活性,这一点可以实现。”

这项研究是朝着该团队未来混合量子互联网愿景迈出的一大步。

Gröblacher博士说:“我们正在努力构建一个异构网络,在这个网络中,各种物理系统可以进行通信并执行不同的功能。”

“你可能有光力学量子中继节点,分别连接到由超导量子位元或自旋量子系统组成的量子计算机或存储器。”

“为了可靠地传输量子信息,所有这些设备必须彼此兼容,并在相同的波长下工作。”

研究发表在杂志上自然光子学

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n Fiaschi. 光机量子隐形传态。纳特。光子, 2021年10月7日在线发布;doi: 10.1038 / s41566 - 021 - 00866 - z

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