研究人员展示了两个独立半导体量子点之间的高能见度量子干涉——这是迈向可扩展量子网络的重要一步。
去年的诺贝尔物理学奖赞扬了量子纠缠的根本意义，也展望了“第二次量子革命”的潜在应用——一个我们能够操纵量子力学奇异现象（包括量子叠加和纠缠）的新时代。 大规模且功能齐全的量子网络是量子信息科学的圣杯。 它将开辟物理学的新领域，为量子计算、通信和计量学带来新的可能性。
最重大的挑战之一是将量子通信的距离扩展到实际有用的规模。 与可以无声放大的经典信号不同，叠加的量子态不能被放大，因为它们不能被完美克隆。 因此，高性能的量子网络不仅需要超低损耗的量子通道和量子存储器，还需要高性能的量子光源。 基于卫星的量子通信和量子中继器最近取得了令人兴奋的进展，但缺乏合适的单光子源阻碍了进一步的进展。
量子网络应用对单光子源有什么要求？ 首先，它应该一次发射一个（仅一个）光子。 其次，为了获得亮度，单光子源应该具有高系统效率和高重复率。 第三，对于需要干扰独立光子的量子隐形传态等应用，单个光子应该是不可区分的。 其他要求包括可扩展平台、可调窄带线宽（有利于时间同步）以及与物质量子位的互连。
一个有前途的来源是量子点 (QD)，即只有几纳米的半导体粒子。 然而，在过去的二十年里，独立量子点之间的量子干涉能见度很少超过 50% 的经典极限，距离也被限制在几米或几公里左右。
据报道 先进的光子学, 一个国际研究团队已经在与约 300 公里光纤相连的两个独立量子点之间实现了高可见度量子干涉。 他们报告了具有超低噪声、可调谐单光子频率转换和低色散长光纤传输的高效且不可区分的单光子源。 单光子是由确定性耦合到微腔的共振驱动的单 QD 产生的。 量子频率转换用于消除 QD 不均匀性并将发射波长转移到电信波段。 观察到的干扰能见度高达 93%。 中国科学技术大学 (USTC) 教授、资深作者陆朝阳表示，“可行的改进可以进一步将距离延长至 600 公里左右。”
Lu 表示：“我们的工作从之前基于 QD 的量子实验跃升到 1 公里到 300 公里的范围，大了两个数量级，从而开启了固态量子网络令人兴奋的前景。” 随着这一报道的跃升，固态量子网络的曙光可能很快就会破晓。
参考资料：Xiang You、Mingyang Zheng、Si Chen、Run-Ze Liu、Jian Qin、Mo-Chi Xu、Zheng-Xuan Ge、Tung-Hsun Chung、Yu 的“超过 300 公里光纤的独立单光子源的量子干涉” -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 和 Jian-Wei Pan，27 年 2022 月 XNUMX 日， 先进的光子学.
DOI：10.1117 / 1.AP.4.6.066003
