研究者は、XNUMX つの独立した半導体量子ドット間の可視性の高い量子干渉を実証しました。これは、スケーラブルな量子ネットワークに向けた重要なステップです。
昨年のノーベル物理学賞は、量子もつれの根本的な関心を称賛し、「第 XNUMX の量子革命」、つまり量子重ね合わせやもつれなどの量子力学の奇妙さを操作できる新しい時代における潜在的な応用を想定しました。 大規模で完全に機能する量子ネットワークは、量子情報科学の聖杯です。 それは、量子計算、通信、および計測学の新しい可能性とともに、物理学の新しいフロンティアを開きます。
最も重要な課題の XNUMX つは、量子通信の距離を実用的なスケールまで拡張することです。 ノイズなしで増幅できる古典的な信号とは異なり、重ね合わせの量子状態は完全に複製できないため、増幅できません。 したがって、高性能の量子ネットワークには、超低損失の量子チャネルと量子メモリだけでなく、高性能の量子光源も必要です。 衛星ベースの量子通信と量子中継器の最近の進歩は目覚ましいものがありますが、適切な単一光子源の欠如がさらなる進歩を妨げています。
量子ネットワーク アプリケーションの単一光子源には何が必要ですか? まず、一度に XNUMX つ (XNUMX つだけ) のフォトンを放出する必要があります。 第二に、明るさを達成するために、単一光子源は高いシステム効率と高い繰り返し率を備えている必要があります。 第三に、独立した光子との干渉を必要とする量子テレポーテーションなどのアプリケーションでは、単一の光子は区別できないはずです。 追加の要件には、スケーラブルなプラットフォーム、調整可能な狭帯域の線幅 (一時的な同期に適しています)、および物質量子ビットとの相互接続性が含まれます。
有望な発生源は、わずか数ナノメートルの半導体粒子である量子ドット (QD) です。 しかし、過去 50 年間で、独立した QD 間の量子干渉の可視性が古典的な限界である XNUMX% を超えることはめったになく、距離は数メートルまたは数キロメートル程度に制限されていました。
報告されているとおり 高度なフォトニクス、研究者の国際的なチームは、最大 300 km の光ファイバーでリンクされた 93 つの独立した QD 間の可視性の高い量子干渉を達成しました。 彼らは、超低ノイズ、調整可能な単一光子周波数変換、および低分散ロングファイバー伝送を備えた、効率的で見分けがつかない単一光子源を報告しています。 単一光子は、決定論的にマイクロキャビティに結合された共鳴駆動の単一 QD から生成されます。 量子周波数変換を使用して、QD の不均一性を排除し、発光波長を通信帯域にシフトします。 観測された干渉の可視性は最大 600% です。 上級著者で中国科学技術大学 (USTC) の Chao-Yang Lu 教授によると、「実現可能な改善により、距離をさらに XNUMX km まで伸ばすことができます」。
Lu は次のように述べています。 この報告された急増により、固体量子ネットワークの黎明期がまもなく明け始めるかもしれません。
参照: 「300 km ファイバー上の独立した単一光子源による量子干渉」Xiang You、Mingyang Zheng、Si Chen、Run-Ze Liu、Jian Qin、Mo-Chi Xu、Zheng-Xuan Ge、Tung-Hsun Chung、Yu -Kun Qiao、Yang-Fan Jiang、Han-Sen Zhong、Ming-Cheng Chen、Hui Wang、Yu-Ming He、Xiu-Ping Xie、Hao Li、Li-Xing You III、Christian Schneider、Juan Yin、Teng-Yun Chen、Mohamed Benyoucef、Yong-Heng Huo、Sven Höfling、Qiang Zhang、Chao-Yang Lu、Jian-Wei Pan、27 年 2022 月 XNUMX 日、 高度なフォトニクス.
DOI：10.1117 / 1.AP.4.6.066003
