巴黎索邦大学的研究人员实现了量子纠缠进出两个量子存储设备的高效转移。这一成就为未来量子互联网的可扩展性带来了关键进步。
连接多个位置的量子互联网是全球量子技术路线图中的关键一步。为此，欧洲量子旗舰计划于年启动了量子互联网联盟。该联盟由来自八个欧洲国家的大学的12个领先研究小组组成，与20多家公司和研究所密切合作。他们结合了自己的资源和专业领域，为未来的量子互联网和所需的技术制定蓝图。
量子互联网使用一种有趣的量子现象将网络中的不同节点连接在一起。在通常的网络连接中，节点通过来回发送电子或光子来交换信息，然而使其容易被窃听。在量子网络中，节点通过纠缠连接在一起，纠缠是爱因斯坦著名的“远距离怪异动作”。这些远距离的非经典相关性，将不仅具有直接传输通信的安全性，而且还可以分配量子计算或增强传感。
然而，建立大规模量子网络的一个主要挑战是，在远距离节点之间生成这种相关性的能力。原则上，如果纠缠可靠地存储在量子存储设备中，则可以克服这一挑战。通过将长距离分成几个较短的段，可以在这些基本链接的末端之间产生纠缠，然后将它们连接起来，直到两个初始节点都纠缠在一起。量子存储设备存储纠缠，确保在执行连接之前已在所有段上创建纠缠，这样的协议称为量子中继器。
一个关键参数是量子存储设备的效率：如果一个设备无法记录或检索纠缠的光，则量子中继器将无法正常工作。例如，将存储和检索效率从60％提高到90％，可以大大减少公里距离内纠缠分布的平均时间，通常减少两个数量级。欧洲量子互联网联盟的目标之一是，通过构建用于使用不同物理平台进行纠缠的高效存储设备，为量子中继器技术奠定基础。
该最新研究成果论文，题为：“光与量子存储器之间的有效可逆纠缠转移”，发表在最近的《光学》杂志上。论文作者中有两位中国学者，论文第一作者MingtaoCao，现为西安交通大学教授。
法国科学院与巴黎索邦大学的朱利安·劳拉特（JulienLaurat）教授和他的团队，证明了纠缠光束在两个量子存储设备中的存储和恢复，其总效率高达85％。相对于该领域的先前工作，该效率值提高了三倍以上。
研究人员表示：“这项成就是我们实验室10年的实验开发的结果。随着许多潜在的网络体系结构都认为这种效率值具有可扩展性，它为进一步研究打开了道路。”
巴黎实验涉及激光冷却铯原子的非常长的集合，并且基于称为电磁感应透明性的协议。控制激光束使介质透明并减慢携带信息的撞击信号光。当信号包含在整体中并且控制束关闭时，信息将转换为原子的集体激发，并将其存储起来，直到再次打开控制束为止。研究团队首先生成了两个纠缠在一起的光束，然后按照该协议将它们映射到两个内存中。通过使用特定的原子跃迁并在每个内存中达到很高的吸收率，研究人员能够以空前的效率写入和读取纠缠，同时保持非常低的噪声污染。
研究人员说，“我们创纪录的效率首先需要强大的理论努力，以便更好地理解我们先前实施中的限制因素，然后进行实验性的探索，将所有必需的成分结合在一起。”如图所示在玻璃室中激光冷却的3厘米长的铯原子整体用作量子存储器。
该论文工作是进一步研究的基础。但建立大规模量子互联网络的道路仍然充满挑战。例如，高效的量子存储设备还需要较长的存储时间，以使纠缠比丢失的速度更快。这样的关键功能还可以并行存储不同的信息。欧洲量子互联网联盟正在理论和实验上应对这些各个方面。
劳拉特教授的巴黎团队专注于开发“空间复用”存储器，该存储器可以同时存储多个状态，以使量子连接并行化。
参考：MingtaoCaoetal.Efficientreversibleentanglementtransferbetweenlightandquantummemories,Optica().DOI:10./OPTICA.
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