Исследователи продемонстрировали квантовую интерференцию высокой видимости между двумя независимыми полупроводниковыми квантовыми точками — важный шаг к масштабируемым квантовым сетям.
Прошлогодняя Нобелевская премия по физике отметила фундаментальный интерес к квантовой запутанности, а также предусмотрела потенциальные применения во «второй квантовой революции» — новой эпохе, когда мы сможем манипулировать странностями квантовой механики, включая квантовую суперпозицию и запутанность. Крупномасштабная и полностью функциональная квантовая сеть — это святой Грааль квантовых информационных наук. Это откроет новый рубеж в физике с новыми возможностями для квантовых вычислений, связи и метрологии.
Одной из наиболее важных задач является увеличение расстояния квантовой связи до практически полезного масштаба. В отличие от классических сигналов, которые можно усиливать бесшумно, квантовые состояния в суперпозиции не могут быть усилены, потому что их нельзя идеально клонировать. Поэтому для высокопроизводительной квантовой сети требуются не только квантовые каналы со сверхмалыми потерями и квантовая память, но и высокопроизводительные квантовые источники света. В последнее время был достигнут захватывающий прогресс в спутниковой квантовой связи и квантовых повторителях, но отсутствие подходящих источников одиночных фотонов препятствовало дальнейшему прогрессу.
Что требуется от источника одиночных фотонов для приложений квантовой сети? Во-первых, он должен излучать один (только один) фотон за раз. Во-вторых, для достижения яркости однофотонные источники должны иметь высокую эффективность системы и высокую частоту повторения. В-третьих, для таких приложений, как квантовая телепортация, требующих взаимодействия с независимыми фотонами, отдельные фотоны должны быть неразличимы. Дополнительные требования включают масштабируемую платформу, настраиваемую и узкополосную ширину линии (благоприятную для временной синхронизации) и взаимосвязь с кубитами материи.
Перспективным источником являются квантовые точки (КТ), полупроводниковые частицы размером всего несколько нанометров. Однако в последние два десятилетия видимость квантовой интерференции между независимыми КТ редко превышала классический предел в 50%, а расстояния ограничивались несколькими метрами или километрами.
Как сообщается в Продвинутая Фотоника, международная группа исследователей добилась квантовой интерференции с высокой видимостью между двумя независимыми квантовыми точками, связанными оптическими волокнами длиной около 300 км. Они сообщают об эффективных и неразличимых однофотонных источниках со сверхмалошумящим, настраиваемым однофотонным преобразованием частоты и передачей по длинным волокнам с низкой дисперсией. Одиночные фотоны генерируются резонансно управляемыми одиночными КТ, детерминистически связанными с микрорезонаторами. Квантовые преобразования частоты используются для устранения неоднородности КТ и сдвига длины волны излучения в телекоммуникационный диапазон. Наблюдаемая интерференционная заметность составляет до 93%. По словам старшего автора Чао-Янг Лу, профессора Университета науки и технологий Китая (USTC), «возможные улучшения могут увеличить расстояние до ~ 600 км».
Лу отмечает: «Наша работа вышла за рамки предыдущих квантовых экспериментов на основе КТ в масштабе от ~ 1 км до 300 км, что на два порядка больше, и, таким образом, открывает захватывающую перспективу твердотельных квантовых сетей». С этим скачком, о котором сообщается, рассвет твердотельных квантовых сетей может вскоре начать приближаться к дню.
Ссылка: «Квантовая интерференция с независимыми однофотонными источниками на волокне длиной более 300 км» Сян Ю, Минъян Чжэн, Си Чен, Рун-Це Лю, Цзянь Цинь, Мо-Чи Сюй, Чжэн-Сюань Ге, Тун-Хсун Чунг, Ю. -Кун Цяо, Ян-Фань Цзян, Хань-Сен Чжун, Мин-Чэн Чен, Хуэй Ван, Ю-Мин Хэ, Сю-Пин Се, Хао Ли, Ли-Син Ю III, Кристиан Шнайдер, Хуан Инь, Тэн-Юнь Чен, Мохамед Беньюсеф, Йонг-Хэн Хуо, Свен Хёфлинг, Цян Чжан, Чао-Ян Лу и Цзянь-Вэй Пан, 27 декабря 2022 г., Продвинутая Фотоника.
DOI: 10.1117 / 1.AP.4.6.066003
