量子網際網路的探索通過新的糾纏技術得到了新啟發

開發量子計算機的「量子網際網路」所必需的傳統糾纏方式，並不十分適合當今非量子網際網路所使用的光纖電信網絡。但是，研究人員想出了一種新的方法來生產這種更相容的顆粒。

在當今的通過光纖電纜連接的電信網絡中，傳輸的光子往往會在幾公裡內被電纜製成的材料吸收。為了避免信號惡化，以固定間隔建立中繼器以放大信號。

類似的問題將成為魔鬼在量子通信乃至量子網際網路方面的努力。橫濱國立大學的Tomoyuki Horikiri及其同事正在通過開發糾纏光子的新來源來解決這個問題。

用於兩光子梳的波長轉換器

他們的發現發表於8月12日的《Communications Physics》上。

當一對粒子或量子位的量子態不可避免地與另一個粒子的量子態相連時，它們就會糾纏在一起。因此，無論距離如何，對一個量子比特執行的測量將始終與對另一量子比特進行的測量相關。

這種糾纏是流行科學解釋中著名的「遠距離動作」，是未來任何量子通信基礎設施的關鍵。

利用這種怪異的現象，研究人員可以使用糾纏的光子在兩個位置之間傳輸信息。發送器有一半的糾纏光子，接收器有另一半。例如，兩個用戶可以建立一個隨機秘密比特串，以通過共享糾纏進行加密。

但是長距離量子通信也遭受光纖損耗，糾纏的光子由於與周圍環境的相互作用而變得糾纏，裝載量子存儲器的量子中繼器對於延長量子通信的距離是必不可少的。中繼器存儲用戶發送的光子的量子狀態。通過測量光子進行的糾纏「交換」有效地將糾纏傳播到更長的距離上，就像跑步者在接力賽中交出接力棒一樣。

量子中繼器通過在光和物質之間重複交換量子態來工作。這需要與量子記憶兼容的糾纏粒子源。不幸的是，量子存儲器通常吸收光束光譜的窄寬度（稱為線寬），但是傳統的量子糾纏光子對源具有寬光譜。這導致糾纏的光子對與量子存儲器之間的耦合非常差。

到目前為止，開發糾纏光子源的努力一直難以滿足中繼器-量子存儲器兼容性和實際應用的所有要求：大量光子（用於大量通信），窄線寬和高糾纏保真度。

幾十年來，產生糾纏粒子的最常見方法是一種稱為自發參數下轉換（SPDC）的技術。它使用晶體將單個高能光子轉換為成對糾纏的光子，而原始能量只有原來的一半。

Horikiri說：「這對於量子信息實驗非常有用。」 「但是對於寬帶量子通信來說，SPDC與量子中繼器所需的量子存儲器生產所涉及的非常窄的能量轉換並不十分兼容。」

研究人員通過將晶體放置在蝴蝶結狀的光學腔中，對該技術進行了改進，並且能夠成功地將糾纏的光子通過光纖傳播超過十公裡，並重複了一次，總總距離為20公裡。

繼這一概念驗證之後，人們就可以通過低損耗的光纖電纜部署新的量子內存兼容糾纏光子源，研究人員現在希望通過多個中繼器節點部署更遠距離的技術。