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量子互联网更接近现实

美国陆军的一项研究结果使量子互联网更近了一步。这样的互联网可以提供传统网络方法无法提供的军事安全,传感和计时功能。

由该实验室的陆军研究办公室资助和管理的美国陆军作战能力发展的陆军研究实验室的分布式量子信息中心发现,因斯布鲁克大学的研究人员取得了物质与光之间量子纠缠转移的记录,距离为使用光缆50公里。

纠缠是可以在量子实体(例如量子位)之间创建的关联。当两个量子位纠缠在一起并在一个上进行测量时,即使第二个量子位在物理上距离很远,也会影响在另一个上进行测量的结果。

因斯布鲁克大学实验物理学家,该项目的首席研究员本·兰尼昂博士说:“这[50公里]比以前可能的距离高出两个数量级,是开始建立城际量子网络的实际距离。”该研究结果发表在“自然”杂志“量子信息”(Quantum Information)上。

城际量子网络将由物理量子位的遥远网络节点组成,尽管物理距离很大,但它们却纠缠在一起。研究人员说,这种纠缠分布对于建立量子互联网至关重要。

支持这项研究的陆军项目联合负责人萨拉·甘布尔博士说:“该演示是实现大规模分布式纠缠迈出的重要一步。”“通过光纤后的纠缠质量在另一端也足够高,可以满足某些最困难的量子网络应用的某些要求。”

研究团队从被离子阱捕获的钙原子开始了实验。研究人员使用激光束将量子态写在离子上,同时激发它以发射光子,并在其中存储量子信息。结果,原子和轻粒子的量子态发生纠缠。

挑战在于通过光缆传输光子。

Lanyon说:“钙离子发出的光子的波长为854纳米,并被光纤迅速吸收。”

因此,他的团队首先将光粒子通过强激光照射的非线性晶体。光子波长被转换为长距离旅行的最佳值-当前的电信标准波长为1,550纳米。

然后,研究人员将该光子通过50公里长的光纤线发送。他们的测量表明,即使在波长转换和行进距离之后,原子和光粒子仍然纠缠在一起。

“使用钙的选择意味着这些结果也为在较大的物理距离上实现原子钟的纠缠网络提供了一条直接途径,因为钙可以与高质量的“时钟”量子比特一同捕获。大型纠缠时钟网络是陆军对于精确定位,导航和定时应用非常感兴趣。”

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