纠缠存储效率创下世界纪录，量子互联网将成为可能

光子盒研究院出品

导读：研究人员证明了“纠缠”光束在两个量子存储器中的存储和检索的总效率能高达85％，创下新的世界纪录。相对于该领域的之前的实验，他们的这次实验实现了三倍以上的增长。

巴黎索邦大学的研究人员已经实现了量子“纠缠”进出两个量子存储器的高效转移。这一成就是实现未来量子互联网可扩展性的关键因素。

全球量子技术的关键一步是连接多个位置的量子互联网。在这种背景下，欧洲量子旗舰计划在2018年启动了量子互联网联盟（QIA）。该联盟由来自八个欧洲国家大学的12个领先研究小组组成，并由Stephanie Wehner（代尔夫特理工大学）协调，他们将与20多家公司和研究所展开密切合作。

量子互联网联盟是欧盟量子旗舰项目的一部分

量子互联网使用一种有趣的量子现象将网络中的不同节点连接在一起。在正常的网络连接中，由于节点来回发送电子或光子来交换信息，所以容易导致信息被窃听。“纠缠”是爱因斯坦著名的“超距幽灵作用”理论。在量子网络中，节点通过“纠缠”连接在一起。这些远距离非经典相关性的节点不仅能保证信息的传输安全，也能允许分布式量子计算或提高传感性。

然而，能否建立大规模量子网络的一个主要挑战在于是否能在远距离节点之间生成相关性的能力。在原则上来说，倘若“纠缠”能可靠的存储在量子存储器中，这一挑战就能克服。因为通过将长距离片段分成几个较短的片段，然后在这些基本链接的末端之间产生“纠缠”，之后将它们连接起来，直到两个初始节点都缠在一起。量子存储器将那些“纠缠”存储起来，确保在连接的时候“纠缠”都存在。这种方式被称作量子中继。

量子存储设备的效率是一个关键参数。如果一个设备无法记录“纠缠”光束，那么这个量子中继器将无法正常工作。例如，将存储和检索的效率从60%提高到90%，600公里距离内“纠缠”分布的平均时间会大大的减少，通常会减少两个数量级。QIA联盟的目标之一是通过构建用于使用不同物理平台进行“纠缠”的高效存储器为量子中继器技术奠定基础。

在Optica的2020年10月在线期刊中，Julien Laurat教授和他的团队在Kastler Brossel实验室（简称LKB，研究人员来自索邦大学、法国国家科学研究中心、巴黎高等师范学院、巴黎文理研究大学、法兰西公学院）进行了期待已久的尝试。他们证明了“纠缠”光束在两个量子存储器中的存储和恢复的总效率能高达85％。相对于该领域的之前的实验，他们的这次实验实现了三倍以上的增长。

LKB博士生Félix Hoffet，该论文的主要作者之一说：“这项成就是我们实验室10年的开发结果。这次实验的结果为进一步研究开辟了道路。”

基于一项电磁感应透明的理论，这项在巴黎做的实验涉及非常长的激光冷却铯原子的集合。通过控制激光束使介质透明，并减慢携带信息的撞击信号光束的速度。当信号被包含在其中且控制光束被关闭时，信息将转换为原子集合，并被存储起来，直到再次打开控制束为止。Laurat的团队首先生成了两个纠缠在一起的光束，然后将它们映射到两个存储器中。通过使用特定的原子跃迁，使每个内存中都能达到很高的吸收率。研究人员不仅能够高效率写入和识别“纠缠”，也能保持非常低的噪声污染。

图为一个3厘米长的铯原子激光束在玻璃腔中冷却，用作量子存储器

Mingtao Cao是前玛丽·居里博士后研究员，也是该论文的另一位主要作者。他说：“我们需要做出强大的理论努力来实现高效率，以便更好地理解我们之前遇到的限制因素，之后再进行实验性的探索，将所有必须的因素都结合在一起。”

同时，前玛丽·居里研究员Alexandra Sheremet也是该论文的作者，他在模拟整个过程中也发挥了关键作用。

Optica报道为进一步的研究打下了基础。建立大规模网络的道路仍然充满挑战。例如，为了使创造“纠缠”的速度比丢失它的速度更快，高效的量子存储器还需要更长的存储时间。有了这项关键的功能，不同的信息可以做到并行存储。QIA联盟也在应对这些方面问题做出理论和实验上的努力。Laurat教授在巴黎的研究小组开始专注于“空间多路复用”存储器的开发。开发出来后，这个存储器可以存储多个状态下的并行化量子连接。

原文：

https://revolution-green.com/worlds-record-entanglement-storage-sets-milestone-quantum-internet-alliance/

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。