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我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)無串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)
最后更新: 2024-01-24 09:56:24據(jù)清華大學(xué)交叉信息研究院微信公眾號1月9日消息,該院段路明研究組近期利用同種離子的雙類型量子比特編碼首次實(shí)現(xiàn)了無串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn),該工作對未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)和量子計(jì)算具有重要意義。該成果論文近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications(《自然·通訊》)。
量子網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),也是量子計(jì)算機(jī)規(guī)模化的一種重要途徑,生成離子-光子糾纏是實(shí)現(xiàn)離子阱量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵步驟。此前,為了實(shí)現(xiàn)無串?dāng)_的離子-光子糾纏,研究人員通常采用不同種類的離子分別來產(chǎn)生離子-光子糾纏(稱為“通訊離子”)和存儲量子信息(稱為“存儲離子”),這樣可以使得通訊離子散射的光子遠(yuǎn)失諧于存儲離子的躍遷頻率,從而抑制串?dāng)_誤差。然而,這類方案需要精細(xì)控制不同種類離子的比例和位置,且協(xié)同冷卻效率低,難以實(shí)現(xiàn)不同離子間的量子邏輯門操作。
圖一 實(shí)驗(yàn)方案示意圖
為了克服上述困難,段路明研究組提出使用同種離子的雙類型量子比特實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的方案。該方案利用同種離子的兩對超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級分別編碼通訊比特和存儲比特(S-比特和F-比特),并利用411 nm和3432 nm的雙色窄線寬激光實(shí)現(xiàn)了兩種量子比特之間微秒量級的相干轉(zhuǎn)換。一方面,研究人員演示了利用S-比特在數(shù)百毫秒的時(shí)間尺度內(nèi)生成離子-光子糾纏;另一方面,研究人員通過自旋回波方法延長F-比特的存儲壽命,實(shí)現(xiàn)相干時(shí)間達(dá)到秒量級的存儲量子比特。通過比較有無離子-光子糾纏生成操作時(shí)存儲比特的保真度變化,研究人員證實(shí)了兩種量子比特之間低于實(shí)驗(yàn)精度的串?dāng)_誤差,從而實(shí)現(xiàn)了無串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
相較于之前采用不同種類離子的方案,該方案極大簡化了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),向著未來量子計(jì)算機(jī)和量子網(wǎng)絡(luò)的模塊化邁出了重要一步。
圖二 無串?dāng)_量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)演示圖
- 責(zé)任編輯: 范維 
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