《基於多個冷原子系綜的量子網路研究》是依託中國科學技術大學，由包小輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於多個冷原子系綜的量子網路研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：包小輝
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
將單光子傳輸與量子存儲相結合是實現可升級量子網路的重要途徑之一。近年來量子存儲實驗研究方面發展非常迅速，到目前為止眾多物理體系都已被實驗證實可用於存儲單量子態。伴隨著量子存儲研究的不斷發展，可升級量子網路研究方面也有了初步發展，近年來多個物理體系中都已實現兩個分立量子存儲節點的操縱，如建立兩節點間量子糾纏、在兩節點間傳輸單量子比特等。但是，到目前為止還沒有哪一個物理系統能夠實現三節點及以上的量子網路。本課題將仔細分析當前條件下限制量子網路進一步發展的各種因素，並採用冷原子系綜這一體系深入開展實驗研究，發展高品質的單光子與原子系綜間的量子糾纏，並套用於多節點的量子網路研究。通過本項目的順利開展，我們擬實現量子網路首次從兩節點至三節點的跨越，並以此進一步推動量子存儲在量子網路中的廣泛套用。該項研究對於未來全量子網路、分散式量子計算等的實現有著重要意義。
結題摘要
將單光子傳輸與量子存儲相結合是實現可升級量子網路的重要途徑之一。近年來量子存儲實驗研究方面發展非常迅速，到目前為止眾多物理體系都已被實驗證實可用於存儲單量子態。伴隨著量子存儲研究的不斷發展，可升級量子網路研究方面也有了初步發展，主要發展趨勢是增加節點數目與拓展節點間的距離。本項目針對冷原子系綜這一物理體系進行了深入研究，提升了冷原子量子存儲的主要性能指標，製備了具有高讀出效率的光與原子糾纏，並利用多對糾纏實現了三節點量子存儲網路。在量子存儲性能提升方面，我們對系綜量子存儲器內的單量子態的退相干機制進行了深入研究，發展了基於拉曼光的集體態操縱技術，成功地實現了系綜內單量子態的自旋迴波；我們還採用三維光晶格囚禁原子與環形腔增強相結合，並對光晶格導致的差分光頻移效應進行補償，成功地實現了百毫秒級的高效量子存儲器。在高品質光與原子糾纏製備方面，我們確定了光子偏振及原子內態相結合的糾纏製備方案，通過仔細調節環形腔內的雙折射效應，實現了具有高讀出效率的光與原子糾纏。在多節點量子網路方面，我們搭建了三套冷光與原子糾纏裝置，將三個單光子採用線性光學器件進行干涉，成功地製備了三個原子系綜間的量子糾纏；我們還將三個原子系綜用作三個單光子源，成功地實現了三個不同顏色光子間的量子干涉。以上研究內容為未來更多節點的遠程量子網路奠定了基礎，有望使得分散式量子計算等成為可能。
