北京
中国科大又刷新了一项世界纪录。这次的关键词是393nm和1550nm——两个看似普通的数字，背后是量子网络领域一道卡了多年的难题。
10月13日，中国科学技术大学官宣：潘建伟、张强团队与济南量子技术研究院郑名扬团队合作，在紫外波段离子阱存储器和通信光纤的高效量子互联方面取得重要进展。相关成果同日发表于《物理评论快报》。
为什么紫外光传不远
囚禁离子体系有个突出优势：相干时间长、操控保真度高，是构建规模化量子网络的重要候选体系之一。但它有个天生的短板——很多囚禁离子的能级跃迁荧光波长落在紫外或蓝紫光波段，这种光在光纤里传不远。
解决办法是量子频率转换，把紫外波段的信号"搬"到通信波段。但此前这一波段到通信波段的转换普遍面临两个问题：效率低、噪声高，难以实际应用。结果是，该波段囚禁离子节点间的纠缠分发距离被限制在米量级。
两个底层问题的解法
研究团队从准相位匹配的底层原理入手，做了两件事。
一是建立畴缺陷相位扰动致效率下降的定量理论模型，并通过定量分析验证。二是揭示了短波长泵浦下频率转换过程与泵浦光自发参量下转换噪声过程的反向调谐特性，据此提出短波泵浦噪声抑制方法，大幅抑制泵浦光噪声。
基于这些方法，团队构建了393nm至1550nm的高效率低噪声量子频率转换模块，端到端效率达28.8%，泵浦光噪声抑制至35个/秒。
与此前工作相比，效率提升约30倍，噪声降低逾两个数量级，创造了该波段量子频率转换的新纪录。
从实验室到实际应用
该模块已在基于40Ca+囚禁离子的远距离量子纠缠中得到实际应用，信噪比可达120:1，支撑了长寿命远程离子-离子高保真度纠缠的实验演示与器件无关量子密钥分发。
这为可扩展量子中继和广域量子网络奠定了关键器件基础。
论文共同第一作者为中国科学技术大学博士生杨怡和济南量子技术研究院汪斌副研究员。研究得到国家科技重大专项、国家自然科学基金委以及山东省、济南市和新基石基金会等有关项目支持。
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