量子网络实现99%保真度：研究人员成功生成电信波段纠缠光子

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队取得了一项关键突破，为实现量子网络愿景迈出了重要一步。研究人员在1389纳米波长实现了高保真度纠缠，使得通过电信光纤进行高效的量子数据传输成为可能。

量子通信依赖于纠缠现象，即粒子在远距离下保持关联。然而，标准的基于原子的系统所使用的光波长，在通过长距离光纤传输时信号会衰减。

该团队的新工作成功利用钇-171原子阵列，直接在电信波段波长下生成纠缠光子。研究人员称，这种创新方法有望规避此前因光转换导致的效率损失和信号中断，为更快、更安全、更稳健的全球量子通信铺平道路。

研究团队在摘要中表示："通过将原子阵列成像到光纤阵列上，我们还实现了一种并行网络协议，该协议可使远程纠缠速率随信道数量相应增加。"

光子-原子连接

研究人员使用¹⁷¹Yb原子阵列构建了一个量子网络，该原子因其在长距离量子通信方面的潜力而受到认可。这一成果代表了在构建互连量子处理器方面的重要进展，这类处理器能够通过原子钟网络支持分布式量子计算和精密计时。

据物理组织网报道，研究人员利用了¹⁷¹Yb的一个亚稳态，该态在1389纳米处具有中等宽度的跃迁，从而能够在单个原子与电信波段光子之间创建高保真度的"时间-bin"编码纠缠。这种方法确保了与现有光纤基础设施的兼容性，促进了量子信息的长距离高效传输。

该团队通过将其一维原子阵列投射到商用光纤阵列上，展示了纠缠创建和单光子收集可以在多个原子上同时发生。这种并行化极大地提高了量子网络的可扩展性和性能，使我们向连接全球量子计算机和传感器的实用量子通信系统又迈进了一步。

研究人员成功展示了一种可在众多互连节点上良好运行的可扩展量子网络架构。他们的研究表明，其并行化配置能够持续产生均匀的高保真度纠缠，且节点间的串扰极小，这是实现可靠量子通信的必要条件。

同步量子系统

为了进一步提高稳定性和数据完整性，该团队开发了一种"电路中"网络协议，这项技术旨在网络操作期间保持数据量子比特的相干性。这确保了即使在同时建立多个连接时，量子信息也能保持稳定。

据物理组织网报道，通过识别技术和物理限制，研究人员深入分析了影响"时间-bin"编码原子-光子纠缠保真度的各种变量。他们的结果表明，只需进行微小的技术改进，即可实现99%的保真度。关键在于，他们验证了系统的光纤阵列不会产生损害纠缠性能的额外错误。

他们平台的一个显著优势在于¹⁷¹Yb原子阵列的几何结构，该结构非常类似于光纤阵列。这种结构上的兼容性促进了同步量子操作，并允许与现有光学系统无缝集成。

科学家们表示，这种方法可适用于各种并行化量子任务，包括同步传感和分布式计算，从而推动该领域向可扩展且实用的量子网络迈进。

该团队的研究详情已发表在《自然·物理学》期刊上。

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