중국 과학 기술 대학은 최초로 다중 모드 양자 릴레이를 실현했고 또한 두 개의 고체 상태 메모리의 양자 얽힘을 실현했습니다.
무슨 뜻인지 알겠습니까?
괜찮습니다. 연구원들은 “오작교”를 예로 들어 설명하고 있습니다. “양자 견우”와 “양자 직녀”는 만나지도 않았는데 양자 얽힘이 발생했는데, 이번에는 직접 볼 수가 있습니다.
이 성과는 중국 과기대 궈 광찬 팀의 리 촨펑, 죠우 중취앤 연구 그룹이 제안했고, 이는 “Nature”에 게재 되었습니다.
광섬유에서 양자 전송은 기하급수적인 손실이 있으며, 50km의 광섬유 전송 후 신호는 최초의 천억 조 분의 1로 감쇄됩니다. 후속 연구는 빛의 파장을 변환하는 등의 방법을 통해 전송 거리를 수백 킬로미터까지 향상 시켰지만, 이것만으로는 여전히 많이 부족합니다.
메모리 간의 양자 얽힘을 설정한 다음 얽힘 스왑 기술을 이용하여 양자 얽힘의 거리를 점진적으로 확대합니다. 이전 방안은 얽힌 광자가 메모리에서 직접 발사되는 발사형 메모리였습니다. 리촨펑 교수는 신화통신과의 인터뷰에서 다음과 같이 말했습니다. 이전에는 모든 사람이 발사형 양자 메모리를 사용했거나 한 번에 오직 하나의 양자만 전송할 수 있어서 효율성이 낮았습니다. 만약 한 번에 여러 개의 양자를 전송하면 정확도가 낮습니다. 이번 연구는 3년의 시간이 걸려서 저장과 발사를 분리하는 흡수형 양자 메모리를 완성했습니다.
△출처 : 중국과학원 양자 정보 핵심 실험실
한 번에 4쌍의 얽힌 양자를 캡처하고 저장하는 경우 두 노드 간의 얽힘 충실도는 실제로 80%를 초과하는 것으로 나타났습니다.
양자는 어떻게 저장이 될까요?
리 촨펑, 죠우 중취앤 연구 그룹은 희토류 이온 도핑 결정을 기반으로 한 고체 상태 양자 저장을 연구했으며, 2012년에 99.9% 충실도 저장을 실현했습니다. 이 메모리는 두 개의 1.4mm 두께의 네오디뮴 도핑된 이트륨 바나 데이트
결정을 사용하여 각각 두 개의 직교 편광 상태를 처리합니다.
△ 고품질 레이저 크리스탈
다시 특수 설계된 반파장판이 두 결정 사이에 배치되어 이 두 종류 편광 상태의 상호 교환을 실현합니다. 전체 양자 메모리의 구조는 마치 “샌드위치”와 같습니다.
전통적인 하드 디스크의 경우 각 저장 장치는 오직 1비트만 저장할 수 있고, 양자는 일관성을 가지며 저장 장치는 한 번에 대량의 큐 비트를 저장할 수 있습니다. 이를 바탕으로 연구팀은 2015년에 광자의 공간적 자유도를 이용하여 51차원 저장을 실현했습니다. 또한 2018년에는 공간, 시간, 주파수를 분리하는 멀티 모드 다중 송신 스토리지를 완성했습니다.
2020년에는 희토류 도핑 결정에 광도파관을 식각하여 통합 양자 저장 장치를 연구하고 요구 사항에 따라 판독 시간을 결정할 수 있습니다.
올해 4 월에는 광 저장 시간이 분 단위에서 시간 단위로 더욱 빨라졌습니다.
신호 광장 (Probe)은 빗 모양의 원자에 의해 스펙트럼에 흡수되어 제어 광장 (Control)에 의해 스핀 여기로 저장됩니다. 무선 주파수 장 (RF)의 제어 하에서 빛 저장 시간이 몇 분에서 최소 몇 시간까지 달하고 저장 충실도는 99.9 %에 이릅니다. 10년에 걸친 양자 저장의 지속적인 개선으로 이 시연의 다중 모드 다중화가 마침내 실현될 수 있으며 동시에 4개의 양자를 저장하는 릴레이 효과를 얻을 수 있습니다.
이번 시연에서 완성한 시험 장치는 다음과 같습니다.
실험을 하고 있는 모습은 다음과 같습니다.
△출처 : 중국 과기대 옴니 미디어 센터
향후 연구 방향에 대해서 리 촨펑은 다음과 같이 말했습니다.
다음 단계에서 연구팀은 양자 메모리의 지표를 지속적으로 향상시킬 것이며 확정적인 얽힌 광원을 사용합니다. 이로 인해 얽힘 분포 속도가 크게 증가하고, 광섬유 직접 전송을 뛰어 넘는 실용적인 양자 중계기를 달성하기 위한 노력을 할 것입니다.
논문주소：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03505-3#Fig10
참고링크：[1]http://lqcc.ustc.edu.cn/index/info/1041[2]http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74849.htm[3]http://news.ustc.edu.cn/info/1048/34214.htm[4]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.108.190505[5]http://news.ustc.edu.cn/info/1032/23085.htm[6]http://news.ustc.edu.cn/info/1055/74849.htm
출처 : 바이두-큐비트
발표 시간 : 06-04 13:22
