相隔十米的两个量子存储器间首次实现纠缠

科技日报北京6月2日电 （实习记者张佳欣）据发表在2日《自然》杂志上的论文，西班牙巴塞罗那光子科学研究所（ICFO）的研究人员首次在相隔10米的两个多模固态量子存储器之间实现了量子纠缠，将一个单光子存储在这两个存储器中，时间最长达到25微秒。研究人员认为，这是量子通信的重要里程碑，有助于开发出用于未来量子互联网的量子中继器。

量子存储器的作用类似于传统互联网中的中继器，可提高信号强度和保真度，它与量子比特源都是量子互联网的基本组成部分。但要在量子水平上运行这一系统，必须在量子存储器之间建立长距离的纠缠，并尽可能保持高效。

此次，研究人员使用了一种稀土掺杂的晶体作为量子存储器，用两个光源来产生相关的单光子对。在每对中，一个光子名为idler，波长为1436纳米（电信波长）；另一个名为signal，波长为606纳米。单signal光子被发送到量子存储器，并通过一种名为原子频率梳的协议存储在那里；idler光子则通过光纤发送分束器中，在那里关于它们的起源和路径的信息被完全擦除。

研究论文第一作者、博士后研究员萨缪尔·格兰迪说：“我们擦除了任何关于idler光子来源的特征，这么做是因为我们不想知道任何关于signal光子的信息，以及它存储在哪个量子存储器中。”通过擦除这些特征，signal光子可能存储在任何一个量子存储器中，这意味着它们之间产生了纠缠。

以往实验大多使用预报光子（herald photons）来获知量子存储器之间的纠缠是否成功。在本实验中，研究人员使用电信频率的idler光子作为预报光子。每次探测到idler光子时，就证明发生了纠缠，这种纠缠由一个单光子在两个远距离量子存储器之间的叠加态构成。

通过原子频率梳的协议，研究人员还能在量子存储器中多次存储纠缠光子，这一功能类似于在传统信道中同时发送几条消息的“多路复用”。这两个关键功能首次同时实现，为量子互联网扩展到更远距离奠定了基础。

实验中使用的预报光子在电信频率范围，可与现有电信网络兼容，相关技术系统能更容易地整合到传统网络设施中。下一步，研究人员打算尝试在实验室外把不同的节点连接在一起，并实现更远距离的纠缠。目前，他们正在巴塞罗那构建第一条35公里长的量子链路。

总编辑圈点

这条消息让人想起一个最近非常流行的表情包：我看不懂，但我大受震撼。说实话，大部分量子领域成果，都会给人带来这样的观感，因为即便用最通俗易懂的语言去解释量子纠缠，也需要受众从量子态、偏振、角动量守恒等先了解起，才能体会其奥妙之处。那作为普通人到底该怎样理解这样一个研究呢？或许，根本不需要去懂。你只要知道，量子现象或暗示着宇宙的规则，而科学家尝试去理解和实现它，能为我们未来的计算机及互联网服务。