量子網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是量子計(jì)算機(jī)規(guī)?；囊环N重要途徑，生成離子-光子糾纏是實(shí)現(xiàn)離子阱量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵步驟。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)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(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了無(wú)串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。該研究成果日前發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

相關(guān)專家認(rèn)為，該研究對(duì)未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)和量子計(jì)算具有重要意義。此前，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_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(lái)產(chǎn)生離子-光子糾纏和存儲(chǔ)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(chǔ)量子信息的被稱為“存儲(chǔ)離子”。這樣可以使通信離子散射的光子遠(yuǎn)失諧于存儲(chǔ)離子的躍遷頻率，從而抑制串?dāng)_誤差。然而，這類方案需要精細(xì)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(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的方案。該方案利用同種離子的兩對(duì)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)分別編碼“通信比特”和“存儲(chǔ)比特”，并利用411nm和3432nm的雙色窄線寬激光實(shí)現(xiàn)了兩種量子比特之間微秒量級(jí)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(shí)間尺度內(nèi)生成離子-光子糾纏；另一方面，研究人員通過(guò)自旋回波方法延長(zhǎng)存儲(chǔ)比特的存儲(chǔ)壽命，實(shí)現(xiàn)相干時(shí)間達(dá)到秒量級(jí)的存儲(chǔ)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(chǔ)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(yàn)精度的串?dāng)_誤差，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

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(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，向著未來(lái)量子計(jì)算機(jī)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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