量子互聯(lián)網(wǎng)為新科學(xué)技術(shù)提供絕對(duì)的防竊聽通信和強(qiáng)大的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。然而，由于量子信息無法復(fù)制，因此不可能通過經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)發(fā)送此信息。量子信息必須通過量子粒子傳輸，為此需要特殊的接口。

因斯布魯克的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家本·蘭揚(yáng)，他的研究在2015年獲得了奧地利啟動(dòng)獎(jiǎng)，正在研究未來量子互聯(lián)網(wǎng)的這些重要交叉點(diǎn)。現(xiàn)在研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)創(chuàng)造了物質(zhì)和光之間量子糾纏轉(zhuǎn)移的記錄。

第一次，使用光纜覆蓋了50公里的距離，這比以前的可能性提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，是開始構(gòu)建城市間量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際距離。Lanyon團(tuán)隊(duì)從一個(gè)被困在離子阱中的鈣原子開始了實(shí)驗(yàn)。利用激光束，研究人員在離子上寫入量子態(tài)，同時(shí)激發(fā)它發(fā)射存儲(chǔ)量子信息的光子。結(jié)果，原子和光粒子的量子態(tài)是糾纏的，但挑戰(zhàn)是通過光纜傳輸光子。鈣離子發(fā)出的光子波長(zhǎng)為854納米，并很快被光纖吸收。因此，研究團(tuán)隊(duì)最初通過由強(qiáng)激光照明的非線性晶體發(fā)送光粒子。

光子波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)途旅行的最佳值：當(dāng)前的電信標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)為1550納米。來自因斯布魯克的研究人員，通過一條50公里長(zhǎng)的光纖線路發(fā)送這種光子。測(cè)量表明，即使經(jīng)過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和這一漫長(zhǎng)的旅程，原子和光粒子仍然糾纏在一起。作為下一步，Lanyon和研究團(tuán)隊(duì)展示了該研究方法將能夠在相距100公里或更遠(yuǎn)的離子之間產(chǎn)生糾纏。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)將每一個(gè)糾纏光子發(fā)送50公里的距離到一個(gè)交叉點(diǎn)，在那里以這樣的方式測(cè)量光粒子，使得它們失去與離子的糾纏，這又會(huì)使它們糾纏。

現(xiàn)在有了100公里節(jié)點(diǎn)間距的可能性，因此人們可以設(shè)想在未來幾年內(nèi)建立世界上第一個(gè)城際光物質(zhì)量子網(wǎng)絡(luò)：例如，在因斯布魯克和維也納之間建立量子互聯(lián)網(wǎng)的過程中，只需要幾個(gè)捕獲的離子系統(tǒng)。Lanyon團(tuán)隊(duì)是量子互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(Quantum Internet Alliance)的一部分，該聯(lián)盟是歐盟量子框架內(nèi)的一個(gè)國(guó)際項(xiàng)目。目前研究成果已經(jīng)發(fā)表在《自然》《量子信息》期刊上。

博科園｜研究/來自：因斯布魯克大學(xué)

參考期刊《npj Quantum Information》

DOI: 10.1038/s41534-019-0186-3

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