量子網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是量子計算機規(guī)?；囊环N重要途徑，生成離子-光子糾纏是實現(xiàn)離子阱量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵步驟。中國科學院院士、清華大學交叉信息研究院段路明教授課題組利用同種離子的雙類型量子比特編碼，在國際上首次實現(xiàn)了無串擾的量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點。該研究成果日前發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然·通訊》。
相關(guān)專家認為，該研究對未來實現(xiàn)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)和量子計算具有重要意義。此前，為了實現(xiàn)無串擾的離子-光子糾纏，研究人員通常采用不同種類的離子分別來產(chǎn)生離子-光子糾纏和存儲量子信息，其中產(chǎn)生離子-光子糾纏的被稱為“通信離子”，存儲量子信息的被稱為“存儲離子”。這樣可以使通信離子散射的光子遠失諧于存儲離子的躍遷頻率，從而抑制串擾誤差。然而，這類方案需要精細控制不同種類離子的比例和位置，且協(xié)同冷卻效率低，操作難度大。
為了克服這些困難，上述課題組提出使用同種離子的雙類型量子比特實現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的方案。該方案利用同種離子的兩對超精細結(jié)構(gòu)能級分別編碼“通信比特”和“存儲比特”，并利用411nm和3432nm的雙色窄線寬激光實現(xiàn)了兩種量子比特之間微秒量級的相干轉(zhuǎn)換。一方面，研究人員演示了利用通信比特在數(shù)百毫秒的時間尺度內(nèi)生成離子-光子糾纏；另一方面，研究人員通過自旋回波方法延長存儲比特的存儲壽命，實現(xiàn)相干時間達到秒量級的存儲量子比特。通過比較有無離子-光子糾纏生成操作時存儲比特的保真度變化，研究人員證實了兩種量子比特之間低于實驗精度的串擾誤差，從而實現(xiàn)了無串擾的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
段路明表示，相較于之前采用不同種類離子的方案，該方案極大簡化了實驗系統(tǒng)，向著未來量子計算機和量子網(wǎng)絡(luò)的模塊化邁出了重要一步。（記者鄧暉）
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