고체 상태 양자 네트워크의 시작: 연구자들은 두 개의 독립적인 반도체 양자점 사이의 높은 가시성 양자 간섭을 시연했습니다 — 확장 가능한 양자 네트워크를 향한 중요한 단계

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302km 광섬유로 분리된 두 개의 독립적인 고체 QD 단일 광자 소스 사이의 양자 간섭 실험 구성. DM: dichromatic mirror, LP: long pass, BP: band pass, BS: beam splitter, SNSPD: 초전도 나노와이어 단광자 검출기, HWP: half-wave plate, QWP: quarter-wave plate, PBS: polarization beam splitter. 신용 거래
You et al., doi 10.1117/1.AP.4.6.066003

요약 :
올해의 노벨 물리학상은 양자 얽힘의 근본적인 관심을 축하하고 양자 중첩 및 얽힘을 포함하여 양자 역학의 이상함을 조작할 수 있는 새로운 시대인 "제XNUMX의 양자 혁명"에서 잠재적인 응용을 구상했습니다. 대규모의 완전한 기능을 갖춘 양자 네트워크는 양자 정보 과학의 성배입니다. 그것은 양자 계산, 통신 및 계측에 대한 새로운 가능성과 함께 물리학의 새로운 지평을 열 것입니다.

고체 상태 양자 네트워크의 시작: 연구원들은 두 개의 독립적인 반도체 양자점 사이의 높은 가시성 양자 간섭을 시연했습니다. 이는 확장 가능한 양자 네트워크를 향한 중요한 단계입니다.

벨링햄, 워싱턴 | 게시일: 6년 2023월 XNUMX일

가장 중요한 과제 중 하나는 양자 통신의 거리를 실질적으로 유용한 규모로 확장하는 것입니다. 노이즈 없이 증폭될 수 있는 기존 신호와 달리 중첩 상태의 양자 상태는 완벽하게 복제할 수 없기 때문에 증폭할 수 없습니다. 따라서 고성능 양자 네트워크에는 초저손실 양자 채널과 양자 메모리뿐만 아니라 고성능 양자 광원이 필요하다. 최근 위성 기반 양자 통신 및 양자 중계기에서 흥미로운 발전이 있었지만 적합한 단일 광자 소스가 부족하여 추가 발전을 방해했습니다.

양자 네트워크 애플리케이션을 위한 단일 광자 소스에 필요한 것은 무엇입니까? 첫째, 한 번에 하나의 광자를 방출해야 합니다. 둘째, 밝기를 달성하기 위해 단일 광자 소스는 높은 시스템 효율과 높은 반복률을 가져야 합니다. 셋째, 독립적인 광자를 간섭해야 하는 양자 순간이동과 같은 응용 분야의 경우 단일 광자를 구별할 수 없어야 합니다. 추가 요구 사항에는 확장 가능한 플랫폼, 조정 가능한 협대역 선폭(시간 동기화에 유리함), 물질 큐비트와의 상호 연결성이 포함됩니다.

유망한 소스는 불과 몇 나노미터의 반도체 입자인 양자점(QD)입니다. 그러나 지난 50년 동안 독립적인 QD 사이의 양자 간섭 가시성은 고전적 한계인 XNUMX%를 거의 초과하지 않았으며 거리는 약 몇 미터 또는 킬로미터로 제한되었습니다.

Advanced Photonics에 보고된 바와 같이, 국제 연구팀은 ~300km 광섬유로 연결된 두 개의 독립적인 QD 사이에서 높은 가시성 양자 간섭을 달성했습니다. 그들은 초저잡음, 조정 가능한 단일 광자 주파수 변환 및 저분산 장섬유 전송 기능을 갖춘 효율적이고 구별할 수 없는 단일 광자 소스를 보고합니다. 단일 광자는 미세공동에 결정론적으로 결합된 공진 구동 단일 QD에서 생성됩니다. 양자 주파수 변환은 QD 불균일성을 제거하고 방출 파장을 통신 대역으로 이동시키는 데 사용됩니다. 관찰된 간섭 가시성은 최대 93%입니다. 수석 저자인 중국 과학 기술 대학교(USTC) 루 차오 양 교수에 따르면 "실현 가능한 개선으로 거리를 최대 600km까지 연장할 수 있습니다."

Lu는 "우리의 작업은 ~1km에서 300km까지의 규모에서 이전의 QD 기반 양자 실험에서 뛰어났으며, 이는 두 자릿수 더 커 고체 상태 양자 네트워크의 흥미로운 전망을 열어줍니다."라고 말했습니다. 이 보고된 도약으로 솔리드 스테이트 양자 네트워크의 새벽이 곧 날이 밝기 시작할 것입니다.

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연락처 :
다닛 스테펜스
SPIE– 국제 광학 및 광자 학회
사무실 : 360-685-5478

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