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時(shí)間：2024-01-27
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量子網(wǎng)絡(luò )是基于量子力學(xué)規律對量子信息進(jìn)行存儲、處理和傳輸的物理裝置，是實(shí)現量子通訊和大規模量子計算的基礎。清華大學(xué)研究團隊利用同種離子的雙類(lèi)型量子比特編碼，在國際上首次實(shí)現無(wú)串擾的量子網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，對未來(lái)實(shí)現量子通訊和大規模量子計算具有重要意義。該研究成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。
為避免這種串擾現象，研究人員通常采用不同種類(lèi)的離子來(lái)分別產(chǎn)生離子-光子糾纏和存儲量子信息，抑制串擾誤差。
然而，這種方法往往需要的器件成本較高，在操作中還需精細控制不同種類(lèi)離子的比例和位置，且不同離子間的協(xié)同冷卻效率低，操作難度大。
圖為無(wú)串擾量子網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)演示圖
為此，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明教授課題組經(jīng)過(guò)長(cháng)期研究，創(chuàng )造性提出使用同種離子的雙類(lèi)型量子比特實(shí)現量子網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的方案。
清華大學(xué)交叉信息研究院助理研究員黃園園介紹，他們利用同種離子的兩對超精細能級結構，分別編碼出量子網(wǎng)絡(luò )中用于與光子產(chǎn)生糾纏的“通訊比特”和用于存儲信息的“存儲比特”。同時(shí)，利用激光還實(shí)現了兩種量子比特間微秒量級的相干轉換。
實(shí)驗發(fā)現，通過(guò)此方法制備出的通訊比特，可在數百毫秒的時(shí)間內生成離子-光子糾纏；通過(guò)自旋回波方法可延長(cháng)存儲比特的存儲壽命，實(shí)現相干時(shí)間達到秒量級的存儲量子比特。通過(guò)比較有無(wú)離子-光子糾纏生成操作時(shí)存儲比特的保真度變化，研究人員證實(shí)了兩種量子比特之間低于實(shí)驗精度的串擾誤差，從而實(shí)現了無(wú)串擾的量子網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。
圖為清華大學(xué)交叉信息研究院博士生馮路（左）和助理研究員黃園園（右）正在實(shí)驗室研究
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)交叉信息研究院教授段路明表示，相較于此前采用不同種類(lèi)離子產(chǎn)生離子-光子糾纏和存儲量子信息的方案，這一新方案在硬件上極大簡(jiǎn)化了實(shí)驗系統，保證了信息傳播及存儲的效果，向未來(lái)量子計算機和量子網(wǎng)絡(luò )的模塊化邁出了重要一步。
來(lái)源：新華社（記者 魏夢(mèng)佳）
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