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“2017中國光學十大進展”候選推薦
 

與經典網絡相似，量子網絡由量子節點和量子通道構成。量子節點用于量子信息的存儲和處理，量子通道用于量子信息的傳輸。在原子系綜中，由于光和原子的相互作用強，而且系統易于實現，所以是實現量子節點的理想選擇之一。首先在多個空間分離的量子節點之間實現和存儲量子糾纏；然后在用戶掌控瞬間將存儲的量子糾纏映射到量子通道，用于量子信息的分發和傳遞，是未來發展量子網絡的關鍵。

 

 

圖1  實驗裝置。Part I：三組份光學糾纏的產生系統；Part II：光場糾纏到原子系綜的映射系統；Part III：糾纏驗證系統

 

賈曉軍課題組利用三套簡并光學參量放大器和線性光學分束器網絡制備了非共線的三組份類GHZ糾纏態光場；然后，通過聲光調制器將其轉換為糾纏光脈沖，用于量子存儲，實驗裝置如圖1所示。由于鈦寶石激光器具有良好的調諧特性，該糾纏光場的波長可以和銣原子D1吸收線相匹配。

 

在量子寫入的過程中，利用電磁誘導透明的動力學過程，將該三組份糾纏態存儲到空間分離的三個原子系綜中，通過量子態映射的方法建立了三個原子系綜之間的量子糾纏；在原子相干時間內，通過量子讀出過程將量子糾纏從原子系綜映射到量子通道中的光場，用于原子系綜量子態的驗證以及量子糾纏態的進一步分發。在1000 ns的存儲時間后，研究團隊分析了三個釋放光脈沖的關聯特性，實驗結果如圖2所示。該結果表明：三個釋放光脈沖的正交分量滿足類GHZ三組份不可分判據，關聯起伏的和為I(t)L=0.96±0.01。因此，三個原子系綜具有保持三組份糾纏的能力，也就是在三個原子系綜之間實現了確定性的類GHZ糾纏態的建立和存儲。

 

 

圖2  實驗結果：注入和釋放光學子模的歸一化關聯起伏。曲線(1)：真空噪聲基準；曲線(2):注入光學子模的關聯起伏；曲線(3)：在1000 ns存儲時間后釋放光學子模對應的關聯起伏；

 

該研究表明在多個宏觀物體（原子系綜）之間建立了量子糾纏，這為量子網絡的實現提供了可能。此外，由于八組份以上空間分離的糾纏態光場已經由該研究組實驗實現，這一方案能夠直接推廣到包含更多個量子節點的大尺度量子網絡，在開發下一代基于連續變量光場和原子系綜的分布量子計算機方面具有巨大的潛力。該成果發表在 Nature Communications  [8, 718 (2017)]上。