這一新型接口為連接量子設(shè)備鋪平道路。

量子網(wǎng)絡(luò)常被稱為互聯(lián)網(wǎng)的下一階段。它們不再用比特傳輸普通數(shù)字信息，而是利用光子攜帶量子信息。這種方法可使通信幾乎無法被破解，將遙遠(yuǎn)量子計算機(jī)連接成強(qiáng)大系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)能以前所未有精度測量時間與環(huán)境條件的傳感技術(shù)。

要實(shí)現(xiàn)這類網(wǎng)絡(luò)，研究人員必須開發(fā)既能存儲量子信息又能通過光粒子交換信息的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理系本·蘭永團(tuán)隊(duì)近期取得突破，他們在原型量子計算機(jī)內(nèi)利用十鈣離子鏈演示了這種節(jié)點(diǎn)。

圖片:Powerful-Nodes-for-Quantum-Networks.jpg

通過精確控制電場，科學(xué)家將離子逐個引導(dǎo)至光學(xué)腔中。在腔內(nèi)，經(jīng)精密校準(zhǔn)的激光脈沖使每個離子發(fā)射單個光子，光子偏振態(tài)與離子量子態(tài)形成糾纏。

離子與光子的聯(lián)結(jié)

該過程產(chǎn)生光子流，每個光子均與寄存器中不同離子量子比特相關(guān)聯(lián)。未來這些光子可傳輸至遙遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)，用于建立獨(dú)立量子設(shè)備間的糾纏。研究人員實(shí)現(xiàn)了平均92%的離子-光子糾纏保真度，這一精度彰顯了其方法的穩(wěn)健性。

Ben Lanyon指出："該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于可擴(kuò)展性，早期實(shí)驗(yàn)僅能實(shí)現(xiàn)2-3個離子量子比特與單個光子聯(lián)結(jié)，而我們的裝置可擴(kuò)展至更大寄存器，可能包含數(shù)百個離子。"這為連接不同實(shí)驗(yàn)室乃至大洲的完整量子處理器奠定基礎(chǔ)。

研究第一作者M(jìn)arco Canteri表示："我們的方法推動構(gòu)建更龐大復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)，使量子安全通信、分布式量子計算等實(shí)際應(yīng)用更近一步。"

更廣闊的應(yīng)用前景

除組網(wǎng)應(yīng)用外，該技術(shù)還可推動光學(xué)原子鐘發(fā)展——這種時鐘精度極高，在宇宙年齡時間內(nèi)誤差不足一秒。通過量子網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)這些時鐘，可形成全球性超精密計時系統(tǒng)。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1103/v5k1-whwz