存储在原子记忆体中的纠缠光子对

迈向量子通信中继器的初步 steps

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一项新的实验将古老的量子纠缠技巧——粒子之间奇异的超光速通信——与更新的技术——使光完全停止——连接起来。研究人员在《自然》杂志上报告说,他们已成功地将一对纠缠态光子发送到超冷原子云的不同角落,在那里短暂存储,然后将它们送回各自的路径,而没有完全破坏过程中的量子链接。

尽管两个存储点之间仅一毫米的距离非常小,但该小组表示,这项演示为纠缠两个不同的原子云并使用量子隐形传态将粒子的量子态从一个云闪现到另一个云打开了大门。 原则上,这样的云可以串联数千英里,形成一个量子通信网格,能够发送从海岸到海岸的潜在牢不可破的编码消息。

光停止技巧最早由哈佛大学物理学家Lene Hau和她的研究小组在2001年演示。 为了实现这一目标,研究人员将一束光脉冲发射到冷却到接近绝对零度(即华氏-459.67度,或摄氏-273.15度)的原子云中,并用称为控制光束的连续激光束照射它。 脉冲在云内部急剧减速,当控制光束关闭时,脉冲作为原子的量子态冻结。 当光束再次开启时,光脉冲重新形成并继续前进。

在新的实验中,由帕萨迪纳市加州理工学院的H. Jeff Kimble领导的物理学家使用称为分束器的半反射表面将单个光子分裂成一种纠缠对。 通过切换控制光束,他们将这两种状态存储在相距一毫米的铯原子云中,该原子云冷却到绝对零度以上百万分之一百二十五度(0开尔文)的温度。 当他们将这对光子转换回光时,仍然保留了原始纠缠的20%。

该方法的效率仍然很低,但它改进了先前存储纠缠的尝试,这些尝试有时会切断量子链接,这将阻碍在实验室外设计更大的量子通信网络的尝试,加州理工学院物理学博士候选人、研究作者Kyung Soo Choi说。 “如果我们每次按下按钮都能产生纠缠,我们就可以将纠缠扩展到更大的规模。”

哈佛大学的Hau在一篇随附的社论中写道,这是否会发生尚不清楚。 但她补充说,在量子力学诞生一个世纪后,“它提供的可能性继续让我们感到困惑。”

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