相隔十米的兩個量子存儲器間首次實現糾纏

科技日報北京6月2日電 （實習記者張佳欣）據發表在2日《自然》雜誌上的論文，西班牙巴塞羅那光子科學研究所（ICFO）的研究人員首次在相隔10米的兩個多模固態量子存儲器之間實現了量子糾纏，將一個單光子存儲在這兩個存儲器中，時間最長達到25微秒。研究人員認為，這是量子通信的重要里程碑，有助於開發出用於未來量子互聯網的量子中繼器。

量子存儲器的作用類似於傳統互聯網中的中繼器，可提高信號強度和保真度，它與量子比特源都是量子互聯網的基本組成部分。但要在量子水平上運行這一系統，必須在量子存儲器之間建立長距離的糾纏，並儘可能保持高效。

此次，研究人員使用了一種稀土摻雜的晶體作為量子存儲器，用兩個光源來產生相關的單光子對。在每對中，一個光子名為idler，波長為1436納米（電信波長）；另一個名為signal，波長為606納米。單signal光子被髮送到量子存儲器，並通過一種名為原子頻率梳的協議存儲在那裏；idler光子則通過光纖發送分束器中，在那裏關於它們的起源和路徑的信息被完全擦除。

研究論文第一作者、博士後研究員薩繆爾·格蘭迪説：“我們擦除了任何關於idler光子來源的特徵，這麼做是因為我們不想知道任何關於signal光子的信息，以及它存儲在哪個量子存儲器中。”通過擦除這些特徵，signal光子可能存儲在任何一個量子存儲器中，這意味着它們之間產生了糾纏。

以往實驗大多使用預報光子（herald photons）來獲知量子存儲器之間的糾纏是否成功。在本實驗中，研究人員使用電信頻率的idler光子作為預報光子。每次探測到idler光子時，就證明發生了糾纏，這種糾纏由一個單光子在兩個遠距離量子存儲器之間的疊加態構成。

通過原子頻率梳的協議，研究人員還能在量子存儲器中多次存儲糾纏光子，這一功能類似於在傳統信道中同時發送幾條消息的“多路複用”。這兩個關鍵功能首次同時實現，為量子互聯網擴展到更遠距離奠定了基礎。

實驗中使用的預報光子在電信頻率範圍，可與現有電信網絡兼容，相關技術系統能更容易地整合到傳統網絡設施中。下一步，研究人員打算嘗試在實驗室外把不同的節點連接在一起，並實現更遠距離的糾纏。目前，他們正在巴塞羅那構建第一條35公里長的量子鏈路。

總編輯圈點

這條消息讓人想起一個最近非常流行的表情包：我看不懂，但我大受震撼。説實話，大部分量子領域成果，都會給人帶來這樣的觀感，因為即便用最通俗易懂的語言去解釋量子糾纏，也需要受眾從量子態、偏振、角動量守恆等先了解起，才能體會其奧妙之處。那作為普通人到底該怎樣理解這樣一個研究呢？或許，根本不需要去懂。你只要知道，量子現象或暗示着宇宙的規則，而科學家嘗試去理解和實現它，能為我們未來的計算機及互聯網服務。