实现“按需”生成量子纠缠态荷兰或建首个量子互联网学术资讯

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▲以金刚石中氮-空位量子位为基础的量子网络的印象画。

一直以来，量子纠缠现象（又名量子缠结）研究的一大技术难题是，实验室中生成的量子纠缠的消失速度比生成新的纠缠态的速度要快。据《自然》杂志6月13日刊发的一篇论文称，荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)下属的量子计算实验室（QuTech）的研究人员，最近成功地在两块量子芯片之间以比消失速度更快的速度生成了量子纠缠现象。由TU Delft的罗纳德·汉森（Ronald Hanson）教授领导的科学家小组通过运用一个新颖改良的智能纠缠协议以及对量子纠缠态的精心投射，成为了世界上第一批能够按需生成这类量子链接的开山鼻祖，这一成果为将来实现多个量子节点的链接打开大门，并为打造世界上第一个量子网络打下基础。

在理论上，利用量子纠缠的力量，科学家们能够建立一个信息无法被截取或窃听的量子互联网。然而，让这样一个量子网络成为现实有个难以克服的挑战——在技术上必须根据通信需求生成可靠的量子纠缠态，并让其保持足够长的时间以便将纠缠信息传递到下一个节点。而到目前为止，这已经超出了当今量子实验的能力范围。日前，QuTech的科学家们第一次于实验中在不到一秒的时间内于两米远的距离之间按需生成了纠缠态，并且在理论上让该纠缠现象维持了足够长的时间，从而让纠缠态传递到了第三个节点。汉森教授指出：“现在的挑战是要首次创建出一个由多个纠缠节点链接而成的网络，而这也将成为未来量子互联网的第一个版本。”

2015年，罗纳德·汉森的研究小组第一次在长达1.3公里的距离之间实现了长时间的量子纠缠，让他们成为该领域第一批提供出量子纠缠完整实验证明的领头羊。该实验也成为了他们目前开发量子互联网的技术基础——钻石芯片上相距遥远的若干单个电子通过作为介质的光子实现纠缠。然而，该实验所呈现出的使用性能并不足以构建一个真正的量子网络。汉森回顾道：“2015年，我们实现了每小时建立一次链接，但是每次链接仅仅能保持几分之一秒。因而，也就不可能在网络中添加第三个节点，更不用说多个节点了。”

科学家们最近对这项实验进行了多方面的创新与改进。首先，他们采用了一种新的缠结方法，从而让在两米开外的两个电子产生每秒40次的纠缠态。该论文的合著者彼得·汉弗莱斯（Peter Humphreys）说:“这一手段比旧方法快了一千倍。”此外，通过采用一种保护量子链路不受外界干扰的智能方法，这个实验现在已经越过了一个关键的分水岭——有史以来第一次实现了缠结态的生成要比其消失的速度更快。通过技术上的改良，该实验设置目前已经可以随时处于按需进行纠缠的准备状态中。汉森介绍道：“就像现在的互联网一样，我们总是希望在线，因此系统必须根据每个请求来生成纠缠。”

研究人员去年证明了，他们能够在保护维持一个量子纠缠链的同时，生成一个新的纠缠链接。通过把这一进步与他们最新的研究成果相结合，他们已经准备好创建具有两个以上节点的量子网络。汉森展望道：“我们希望与KPN等合作伙伴一道，通过量子纠缠技术，在2020年前将荷兰的四个城市连接起来，而那将成为世界上第一个真正的量子互联网。”

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编译：Jonathan 审稿：alone 编辑：程建兰

来源：

https://phys.org/news/2018-06-scientists-demand-entanglement-link.html