《丹麦哥本哈根大学首次实现两个量子光源的量子纠缠》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: 李衍
  • 发布时间:2023-01-31
  • 多年来,研究人员一直致力于开发稳定的量子光源,并实现量子力学纠缠,也就是两个量子光源可远距离地立刻相互影响。纠缠是量子网络的基础,也是开发高效量子计算机的核心。然而,从控制一个量子光源到控制两个以上量子光源,多个光学发射器的辐射耦合一直是量子光学和原子物理学中的一个长期挑战。因为光源对外界的“噪音”非常敏感,因此很难复制。

    在多年研究的基础上,近期丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的研究团队和德国波鸿鲁尔大学的研究人员合作,成功创造出两个相同的量子光源并开发出先进的纳米芯片,首次对两个光源进行精确控制并实现了量子力学纠缠[1]。

    该最新研究进展对量子硬件的突破性应用至关重要,将促进量子技术发展到更高水平,是计算机、加密和互联网加速“量子化”的关键一步,将为量子技术的商业利用打开大门。



    [1] Alexey Tiranov, Vasiliki Angelopoulou, Cornelis Jacobus Van Diepen,

    et al. Collective super- and subradiant dynamics between distant optical

    quantum emitters [J]. SCIENCE, 2023, 379 (6630):389-393. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade9324



  • 原文来源:https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade9324;https://phys.org/news/2023-01-quantum-physicists-sources.html
相关报告
  • 《我首次利用四维纠缠态实现量子密集编码》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-07-25
    • 中国科大郭光灿院士团队的李传锋、柳必恒等人,首次利用四维纠缠态实现量子密集编码,达到2.09的信道容量,创造了当前国际最高水平。该成果充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势。该成果日前发表在国际权威期刊《科学·进展》上。 量子密集编码是最重要的量子保密通信过程之一。例如,初始时A和B两人共享一对纠缠光子,A编码2比特的经典信息在其光子上,并把光子发送到B,然后B对其手里的两个光子进行贝尔基测量,解码得到A发送的2比特信息。在这个过程中A只发送了1个量子比特到B,但是B却接收到了2比特的经典信息。衡量密集编码的重要指标是信道容量,即A向B发送一个光子所能传输的比特数。在比特系统中,量子密集编码的信道容量极限为2。 相比比特系统的二维纠缠,高维纠缠具有信道容量高、抵抗窃听能力强等优势,近年来被学术界广泛关注。量子密集编码的思想自1992年提出,1996年在光学系统中首次实现。由于无法实现完全的贝尔基测量,当时利用一对纠缠光子仅传送1.13个经典比特,直到2017年,基于完全的贝尔基测量,这一纪录才被更新为1.665。 李传锋、柳必恒等人在自主研制的高品质三维纠缠源基础上,进一步制备出偏振—路径复合的四维纠缠源,保真度达到98%。他们利用这种四维纠缠源成功识别了5类贝尔态,并实验演示了量子密集编码,一举把量子密集编码的信道容量纪录提升到了2.09,超过了两维纠缠能达到的理论极限2,充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势,为高维纠缠在量子信息领域的深入研究打下重要基础。
  • 《纳米“双光子工厂”问世!中山大学科研团队成功研制新型量子纠缠光源》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:张宇
    • 发布时间:2025-07-11
    • 7月9日,《自然》杂志在线发表中山大学物理学院王雪华、刘进教授团队主导的最新研究成果。团队提出了一种全新的腔诱导自发双光子辐射方案,在国际上率先实现与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射,研发出保真度高达99.4%的按需触发式新型微纳量子纠缠光源。这一成果为新一代量子精密测量技术的发展,以及功能化光量子信息处理芯片的构建提供了关键支撑。 在量子世界里,一对光子能像心灵感应的双胞胎——即使相隔万里,测量其中一个,另一个瞬间“回应”。这种神奇的量子纠缠,在量子计算、量子通信和量子精密测量等多个领域发挥着至关重要的作用。 相较于让光子随机“结对子”,中大团队选择直接培育光子“双胞胎”,让它们自诞生时便具备“量子羁绊”,实现量子纠缠。 “某些特殊材料,比如我们采用的‘人造原子’结构,有概率在同一时刻发射两个紧密关联的光子,这种现象被称为‘自发双光子辐射’。”论文第一作者、中山大学物理学院副教授刘顺发解释道。 尽管在20世纪60年代,研究人员就已提出相关的理论预言,但由于原子总是倾向于一次只辐射一个光子,“双胞胎”光子的产生概率通常远远低于单光子产生概率,实验上几乎无法观测。近40年来,尽管国际上众多研究团队进行了多种实验尝试,该领域仍未能取得实质性突破。 如今,半导体的材料生长与器件加工技术的突破为自发双光子辐射的实验实现提供了关键支持。“我们设计了超高品质的光学微腔,并在微纳尺度上精细调控光子的产生过程。”刘顺发说,这种光学微腔为“双胞胎”光子的产生搭建了专属通道,在实验中将双光子的辐射效率从小于0.1%提升到了约50%,从而使制备可控触发的纠缠光子对源成为可能。 “我们就像在纳米尺度上打造了一个专门生产纠缠光子的工厂。”刘顺发表示。该研究基于纳米尺寸的固态“人造原子”结构,提出了一种腔诱导的自发双光子辐射方案,在国际上率先实现了与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射,突破了“光子辐射的二阶量子过程必然远弱于一阶过程”的传统认知,成功制备出保真度高达99.4%的按需触发式新型纠缠光子对源。“这一指标意味着我们的纠缠光子‘心灵感应’的强度极高,也显示出这项技术在提升量子通信安全性、量子计算可靠性、量子计量精度等方面的巨大潜力。” 《自然》杂志审稿人高度评价这一成果,认为其是“双光子研究领域的突破性进展”“实现了保真度创纪录的纠缠光子对”。 刘顺发表示,下一步,团队将利用研究中实现的高保真度纠缠光源和高纯度双光子源,继续开展量子精密测量与量子通信应用方面的研究。