科学家在50公里光纤上实现了光-物质量子纠缠

神秘的量子力学，有朝一日会成为更快、更安全的互联网的一部分。来自因斯布鲁克大学和奥地利科学院的研究团队，刚刚设法将一对纠缠态的光-物质量子，发送到了一条 50 公里（31 英里）的光纤上。据悉，量子纠缠的现象，特指一对粒子可在超远距离内维持纠缠态。若能成功借助这项特殊的性质，即可奠定新型通信方式的基础。

艺术想象图（来自：University of  Innsbruck，via New Atlas）

因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）和奥地利科学院（Austrian Academy of Sciences）的研究人员们，近日成功地将钙离子和光子纠缠到了一起，然后将其送入了超远距离的光纤。

团队使用的钙离子，被悬浮在离子阱中。其使用激光在离子上写入量子态，以激发它发射光子。当这个光子产生时，就具有与离子相同的量子态，意味着两个粒子已实现了纠缠。

（研究配图 – 1：简化示意图）

研究的下一步，是如何以快乐的方式去发送光子，并维持这对粒子间的量子连接。因为光子的波长为 854 nm，它会很快被光纤所吸收，所以必须将它转换为当前标准的 1550nm 电信波长。

为此，研究人员必须先通过非线性晶体来发送光子（晶体要接受强大的激光照射），以做好长途旅行的准备。

（研究配图 – 2：观察 50KM 光纤上的离子-光子纠缠）

测试表明，光子不仅可以在长达 50 公里的光缆行程中存活，且即便在经过了波长转换之后，也能够保持与离子的纠缠态。

实际上，这也创下了光-物质纠缠物理实验的新距离纪录！此前，纠缠光子对已经在 Micius 卫星上实现了跨 1200 公里（745 英里）的通信。

（研究配图 – 3：实现百公里级光-物质纠缠的一种方法）

换言之，这项最新的研究，使得打造基于量子的互联网基础设施成为了可能。同时，研究团队在努力增加有效传输距离。

比如相距 100 公里（62 英里）的钙离子，可以与它们的纠缠光子相互映射，在路程中间的一个交叉点相会。在那里，两个光子可能彼此纠缠在一起，并失去与离子的连接。

展望未来，量子互联网可由相距 100 公里的节点组成，将各个城市相互连接起来。有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《量子信息》（Quantum Information）期刊上。原标题为：

《Light-matter entanglement over 50 km of optical fibre》