科学家用光子构建可扩展网络节点

这一新型接口为连接量子设备铺平道路。

量子网络常被称为互联网的下一阶段。它们不再用比特传输普通数字信息，而是利用光子携带量子信息。这种方法可使通信几乎无法被破解，将遥远量子计算机连接成强大系统，并实现能以前所未有精度测量时间与环境条件的传感技术。

要实现这类网络，研究人员必须开发既能存储量子信息又能通过光粒子交换信息的量子网络节点。因斯布鲁克大学实验物理系本·兰永团队近期取得突破，他们在原型量子计算机内利用十钙离子链演示了这种节点。

图片:Powerful-Nodes-for-Quantum-Networks.jpg

通过精确控制电场，科学家将离子逐个引导至光学腔中。在腔内，经精密校准的激光脉冲使每个离子发射单个光子，光子偏振态与离子量子态形成纠缠。

离子与光子的联结

该过程产生光子流，每个光子均与寄存器中不同离子量子比特相关联。未来这些光子可传输至遥远节点，用于建立独立量子设备间的纠缠。研究人员实现了平均92%的离子-光子纠缠保真度，这一精度彰显了其方法的稳健性。

Ben Lanyon指出："该技术的核心优势在于可扩展性，早期实验仅能实现2-3个离子量子比特与单个光子联结，而我们的装置可扩展至更大寄存器，可能包含数百个离子。"这为连接不同实验室乃至大洲的完整量子处理器奠定基础。

研究第一作者Marco Canteri表示："我们的方法推动构建更庞大复杂的量子网络，使量子安全通信、分布式量子计算等实际应用更近一步。"

更广阔的应用前景

除组网应用外，该技术还可推动光学原子钟发展——这种时钟精度极高，在宇宙年龄时间内误差不足一秒。通过量子网络联结这些时钟，可形成全球性超精密计时系统。

相关链接：https://doi.org/10.1103/v5k1-whwz