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我國科學(xué)家成功實現(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現(xiàn)了無串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn),該工作對未來實現(xiàn)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)和量子計算具有重要意義。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)是實現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),也是量子計算機(jī)規(guī)?;囊环N重要途徑,生成離子-光子糾纏是實現(xiàn)離子阱量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵步驟。此前,為了實現(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,難以實現(xiàn)不同離子間的量子邏輯門操作。
圖一 實驗方案示意圖
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,實現(xiàn)相干時間達(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存儲比特的保真度變化,研究人員證實了兩種量子比特之間低于實驗精度的串?dāng)_誤差,從而實現(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驗系統(tǒng),向著未來量子計算機(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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