发布时间:2019-12-27 阅读:1833
量子网络是应用量子信息和检验量子理论的重要平台。目前,人们已经证明基于非线性和频(SFG)方法的贝尔态测量可以实现无需进行后选择、确定性的量子纠缠交换。此外,已经通过实验证明了单光子在通信波长之间SFG,并且在理论上可以获得保真度大于90%的可见光范围内的一对预报纠缠光子。然而,基于SFG过程生成的可见光波长的纠缠光子对不能用于光纤的量子网络,并且通信用户的数量也仅限于两个用户。
为此,我们提出了一种基于纠缠交换的密集波分复用(DWDM)量子网络,其中单光子源将通信波长中的N个量子态(N/2个纠缠态)分配给N个远距离用户,每个用户只操纵一个特定频率的光子。通过基于SFG的贝尔态测量,所有远方的用户都处于完全连接的图中,如图1所示。
图1:基于量子纠缠交换的DWDM量子网络
在我们的实验中,我们通过使用产生的单光子源证明了提出的多用户网络的可行性。我们将产生的单光子源的频谱分为四个国际电信联盟(ITU)通道分别分发给四个用户。根据DWDM建立的光子频率相关性,两组量子纠缠态被分发给了这四个用户。基于任意两个非纠缠光子之间的SFG,我们可以建立其他两个独立光子之间的纠缠。
我们的实验结果表明产生的纠缠态的保真度均大于90%,保真度大小仅取决于传输距离,与用户数量多少无关,这使得我们的网络适合构建大规模量子网络。此外,我们的网络可以实现200公里以上的纠缠分发。由于我们量子网络的可扩展性,它可以用于真实的量子系统,例如点对点量子直接通信。
该成果于2019年12月20日以题为 “Multiuser time-energy entanglement swapping based on dense wavelength division multiplexed and sum-frequency generation”发表在Physical Review letters。
论文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.250505