光—物质量子纠缠实现50公里光纤传输

2019-09-03 14:18

近日，奥地利科学家创造了物质和光之间量子纠缠传输距离的新纪录——首次用光缆将量子纠缠传输了50公里，比以前的数字高出两个数量级，可用于构建实用的城际量子互联网。

量子互联网有望提供绝对防窃听的通信和强大的分布式传感器网络。然而，由于量子信息无法复制，因此不可能通过传统网络发送这些信息，量子信息必须由量子粒子传输，为此需要特殊的接口。这也是实验物理学家本·兰宁一直以来的研究目标，他所在的因斯布鲁克大学以及奥地利科学院量子光学和量子信息研究所团队，从一个被困在离子阱中的钙原子开始实验。他们利用激光束，将量子态写在离子上，同时激发它发射出一个光子，量子信息被存储在光子内。因此，钙原子与光粒子的量子态纠缠在一起。

但挑战在于如何通过光缆传输光子。兰宁说：“钙离子发出的光子的波长为854纳米，会很快被光纤吸收。”

因此，他们让光粒子先通过一个由强激光照射的非线性晶体，这一方法让光子的波长被转换到适合长距离行进的最佳值：当前电信标准波长1550纳米，然后，他们让这个光子通过了一条50公里长的光纤。结果表明，即使经过波长转换和这段漫长的旅程，原子和光粒子仍然纠缠在一起。

接下来，兰宁团队证明，他们的方法有望使相距100公里甚至更远的离子发生纠缠。两个节点分别向一个相距50公里的交叉点发送一个纠缠的光子，在交叉点那里，光粒子被测量，这种测量会使光粒子失去与离子的纠缠，离子反过来会纠缠光粒子。

有了100公里的节点间距，人们设想在未来几年建立世界上第一个城际光—物质量子网络。例如，可能只需几个由被困离子组成的系统，就可在因斯布鲁克和维也纳之间建立量子互联网。