大陸科學家成功實現無串擾的量子網路節點

大陸科學家成功實現無串擾的量子網路節點。圖爲北京清華大學交叉資訊研究院博士生馮路（左）和助理研究員黃園園（右）在實驗室研究。（新華網╱北京清華大學交叉資訊研究院提供）

新華網24日報導，北京清華大學交叉資訊研究院微信公衆號消息，該院段路明研究組，近期利用同種離子的雙類型量子比特編碼，在國際上首次實現了無串擾的量子網路結點，對未來實現大規模量子通訊和量子計算具有重要意義。該成果論文近日發表於國際學術期刊Nature Communications（《自然·通訊》）。

報導稱，量子網路是基於量子力學規律存儲、處理和傳輸量子資訊的物理裝置，是實現量子通訊和大規模量子計算的基礎。量子網路可由不同的物理載體實現，離子阱是其中最有潛力的物理系統之一。離子-光子糾纏是實現離子阱量子網路的關鍵步驟，但該操作會影響離子存儲比特，導致資訊丟失。爲避免這種串擾現象，研究人員通常採用不同種類的離子來分別產生離子-光子糾纏和存儲量子資訊，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離子的比例和位置，且不同離子間的協同冷卻效率低，操作難度大。

爲此，清華大學交叉資訊研究院段路明教授課題組經過長期研究，創造性提出使用同種離子的雙類型量子比特實現量子網路節點的方案。清華大學交叉資訊研究院助理研究員黃園園表示，他們利用同種離子的兩對超精細能級結構，分別編碼出量子網路中用於與光子產生糾纏的「通訊比特」和用於存儲資訊的「存儲比特」。同時，利用雷射還實現了兩種量子比特間微秒量級的相干轉換。

實驗發現，通過此方法制備出的通訊比特，可在數百毫秒的時間內生成離子-光子糾纏；通過自旋迴波方法可延長存儲比特的存儲壽命，實現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於實驗精度的串擾誤差，從而實現了無串擾的量子網路節點。

中國科學院院士、北京清華大學交叉資訊研究院教授段路明表示，相較於此前採用不同種類離子產生離子-光子糾纏和存儲量子資訊的方案，這一新方案在硬體上極大簡化了實驗系統，保證了資訊傳播及存儲的效果，向未來量子電腦和量子網路的模組化邁出了重要一步。