量子隐形多路复用存储器遥感传输 /存储技术
发布时间：2023-05-05 10:08:15 所属栏目：动态 来源：
导读：实验设置,Alice产生的纠缠光子对。信号光子被路由到Pr掺杂的晶体上,而空闲光子则通过5米或1公里长的光纤传送到鲍勃上。在Bob，产生1436 nm处的任意量子比特并干扰空闲光子以执行BSM。检测结果被传达回 Alice，在那里
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实验设置,Alice产生的纠缠光子对。信号光子被路由到Pr掺杂的晶体上,而空闲光子则通过5米或1公里长的光纤传送到鲍勃上。在Bob，产生1436 nm处的任意量子比特并干扰空闲光子以执行BSM。检测结果被传达回 Alice，在那里进行处理，以便可以正确应用前馈。周期性轮询铌酸锂 （PPLN）、二向色镜 （DM）、带通滤波器 （BPF）、移相器 （PS）、单光子检测器 （SPD）、滤光腔 （FCav）、声光调制器 （AOM）、可变衰减器 （VA）。b PR的相关水平计划3+：Y2二氧化硅5晶体。c 布洛赫球，其中标记了我们实验的所有相关量子比特状态。 量子隐形传态是一种允许在两个遥远的量子对象（发送方和接收方）之间传输量子信息的技术，使用一种称为量子纠缠的现象作为资源。 这个过程的独特之处在于，实际信息不是通过连接双方的通信信道发送量子比特（量子比特）来传输的;相反，信息在一个位置被销毁，并出现在另一个位置，而不会在两者之间实际传输。这种令人惊讶的特性是由量子纠缠实现的，伴随着经典比特的传输。 如今，在量子通信和量子网络领域，人们对量子隐形状态有着浓厚的兴趣，因为它允许使用以前共享的纠缠在网络节点之间长距离传输量子比特。 这将有助于将量子技术集成到当前的电信网络中，并将这些系统实现的安全通信扩展到很远的距离。此外，量子隐形状态允许在不同类型的量子系统之间传输量子信息，例如，在光和物质之间或不同类型的量子节点之间。 量子隐形状态在理论上是在90年代初提出的，世界各地的几个小组进行了实验演示。虽然科学界在如何进行这些实验方面已经获得了丰富的经验，但关于如何以实用的方式传送信息，允许通过扩展网络进行可靠和快速的量子通信，仍然存在一个悬而未决的问题。 显然，这种基础设施应与当前的电信网络兼容。此外，量子隐形传态协议要求对隐形传态量子比特应用最终操作，以隐形传态测量的结果（由经典比特传输）为条件，以便忠实地以更高的速率传输信息，这一特征称为主动前馈。 这意味着接收器需要一种称为量子存储器的设备，该设备可以存储量子比特而不会降低其性能，直到可以实现最终操作。最后，这种量子存储器应该能够以多路复用的方式运行，以便在发送方和接收方距离较远时最大限度地提高传送信息的速度。迄今为止，国际上没有任何实施机构将联合国的这三项指标的要求一起纳入关于同一国家标准的示范。 在最近发表在Nature Communications上的一项研究中，ICFO研究人员Dario Lago-Rivera，Jelena V. Rakonjac，Samuele Grandi由ICFO Hugues de Riedmatten的ICREA教授领导，报告实现了量子信息从光子到固态量子比特的长距离隐形传态，固态量子比特是存储在多路复用量子存储器中的光子。 该技术涉及使用主动前馈方案，该方案与存储器的多模态一起，使隐形状态最大化。所提出的架构与电信信道兼容，从而实现了远距离量子通信的未来集成和可扩展性。 如何实现量子隐形状态 该团队构建了两个实验设置，在社区的行话中通常称为Alice和Bob。这两个装置通过一根1公里长的光纤连接在一起，光纤旋转成线轴，以模拟双方之间的物理距离。 实验中涉及三个光子。在第一个设置中，爱丽丝团队使用一种特殊的晶体来创建两个纠缠光子：第一个光子在606nm处，称为信号光子，第二个光子称为空闲光子，与电信基础设施兼容。 一旦创建，“我们将第一个606纳米光子保存在爱丽丝，并将其存储在多路复用的固态量子存储器中，将其保存在存储器中以供将来处理。与此同时，我们采用了在爱丽丝创造的电信光子，并将其通过1公里的光纤发送到第二个实验装置，称为鲍勃，“达里奥·拉戈回忆道。 在第二个设置中，鲍勃，科学家们有另一个晶体，在那里他们创造了第三个光子，在那里他们编码了他们想要传送的量子比特。一旦第三个光子被创造出来，第二个光子就从爱丽丝那里到达了鲍勃，这就是传送实验的核心发生的地方。 1公里以上的传送信息 第二和第三光子通过所谓的贝尔状态测量（BSM）相互干扰。这种测量的效果是混合了第二光子和第三光子的状态。由于第一个和第二个光子一开始就纠缠在一起，即它们的联合状态高度相关，BSM的结果通常是将第三个激发态的光子中编码的信息完整的转移到第一个激发态的光子上，由小女孩爱丽丝存储在距离1公里外的量子存储器中。 正如Dario Lago和Jelena Rakonjac所提到的，“我们能够在两个以前从未接触过的光子之间传递信息，但通过确实与第一个光子纠缠的第三个光子连接。这个实验的独特之处在于，我们采用了一种多路复用的量子存储器，能够将第一个光子存储足够长的时间，这样当爱丽丝发现相互作用发生时，我们仍然能够按照协议的要求处理传送的信息。 Dario和Jelena提到的这种处理就是前面提到的主动前馈技术。根据BSM的结果，在存储器中存储后对第一个光子施加相移。这样，相同的状态将始终编码在第一个光子中。如果没有这个，一半的传送事件将不得不被丢弃。 此外，量子存储器的多模态使他们能够在不降低隐形传位量子比特质量的情况下将隐形传态速率提高到超出它们之间 1 公里间隔的限制。总体而言，这导致隐形传态率是单模量子存储器的三倍，仅受经典硬件速度的限制。 可扩展性和集成 该小组在 2021 年进行的实验是该实验的前身，他们首次实现了两个相隔 10 米并由电信波长处的光子预示的多模量子存储器的纠缠。 正如Hugues de Riedmatten所强调的那样，“量子隐形传态对于为未来的量子互联网实现高质量的远距离通信至关重要。我们的目标是在越来越复杂的网络中实现量子隐形传态，并具有先前的分布式纠缠。我们的量子节点的固态和多路复用特性以及它们与电信网络的兼容性使其成为在已安装的光纤网络中远距离部署该技术的有前途的方法。 进一步的改进已经在计划中。一方面，该团队专注于开发和改进技术，以便在保持效率和速率的同时将设置扩展到更长的距离。另一方面，他们还旨在研究和使用这种技术在不同类型的量子节点之间的信息传输，以实现未来的量子互联网，能够在远程各方之间分发和处理量子信息。该团队表示，他们希望能够通过这种方式，使量子计算机能够更好地理解人类大脑的行为模式，从而帮助人类解决一些复杂的问题。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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