第一次:中国实现量子中继重大突破
近日,清华大学交叉信息研究院段路明研究组在量子信息领域取得重要进展,首次在实验中实现了量子中继协议中的两个中继模块间的高效纠缠连接,成功展示了量子中继模块连接效率的规模化提升。
这被视为实现实用化的量子中继器的一个关键步骤。
据了解,光子在光纤中传播时的指数级衰减是长程量子通讯和大规模量子网络的实现过程中面临的主要问题,而量子中继协议是解决光纤传播损耗的最佳方案。
2001年,段路明与合作者提出著名的DLCZ(Duan-Lukin-Cirac-Zoller)量子中继方案,利用原子量子存储器和单光子信道的结合,克服光量子信号在光纤中的指数衰减问题,之后持续成为该领域研究热点。
经过世界各国研究团队近20年的努力,DLCZ量子中继协议的实验实现在许多方面已经取得了长足的发展。
但是,作为量子中继协议中关键的步骤,即如何将小规模的中继模块通过量子存储器的存储,与邻近的中继模块高效的连接成为一个更大的中继模块从而扩大量子纠缠在空间中的分布,因为实验技术方面存在的困难,一直尚未实现。
![](https://s3.51cto.com/oss/202103/05/c89333f9ad07247d3890d8c17133dcba.png)
实验系统示意图
研究过程中,首先,研究人员通过将超低温铷原子气体囚禁在一维光晶格中,通过光学泵浦将原子制备在对磁场变化不敏感的钟态,并且精确调控施加在原子所在位置的磁场,成功将冷原子量子中继的相干时间提升至数十毫秒量级并能保证读取的量子态具有很高的保真度;
其次,结合实时反馈的高速控制系统,通过将先产生量子纠缠的中继模块存储至相邻中继模块也产生量子纠缠之时,实现了相邻两个量子中继模块内部的量子纠缠的异步制备;最后,在两个模块之间通过纠缠交换,实现量子中继模块的高效纠缠连接。
通过这种方式进行纠缠连接,连接效率线性正比于单个模块内部纠缠制备所需要的时间,与之前研究中未使用量子存储的同步制备两个中继模块内部的量子纠缠所需要的二次方时间相比,改变了连接效率在规模化上的复杂度;
同时,当单个量子中继模块内部纠缠制备概率为0.1%时,可以将两个量子中继模块纠缠连接的效率提高353倍。
当未来量子中继模块从两个扩展到N个时,这种效率提升对应了量子中继器对直接传输量子通讯在量子纠缠分发效率上的指数级提升。
该实验研究通过使用量子存储,首次实现了不同量子中继模块的按需式纠缠连接,且连接效率得以规模化提升,展现了量子中继器对长程量子通信的核心加速能力。
![](https://s6.51cto.com/oss/202103/05/28454596d531ee712adf7ce2d562d00a.png)
实验流程和量子中继模块的纠缠连接效率提升
相关文章
- IT 人眼里最吃香的技术:软件开发 JavaScript;数据专业 R等
- 漫画说算法之什么是一致性哈希?
- Linus Torvalds 认为自己不再是一名程序员
- 什么是Docker?与虚拟机有什么区别?
- 分布式技术“上位”进行时
- 程序员们该如何破局!
- 程序员节Keep被曝突然裁员300多人,60%是开发和运营
- 程序员报告:男性占比超87% 北京月薪12184元最高
- 1024特别版:向“程序媛们”致敬!
- 你不想错过的那些JSON工具
- Gartner 2020年十大战略性技术趋势:超级自动化、分布式云、AI安全等
- 运维别走,留下你的root权限
- 从0到1设计一个MQ消息队列
- 一句f**k代码自动纠错,美女程序员教你建一个狂拽酷炫的终端
- 浅谈了不起的前端
- 开发十年面试过1000个人,总结出这份高薪Java 试秘诀
- 开发人员花在实际编写代码上的时间有多少?
- 详细判断浏览器运行环境,值得一看
- GitHub趋势榜第一:超强PyTorch目标检测库Detectron2,5天3100星
- 量子力学的核心:薛定谔方程,究竟神奇在哪里?