Obtida interferência quântica de alta visibilidade entre dois pontos quânticos de semicondutores independentes

Configuração experimental de interferência quântica entre duas fontes independentes de fóton QD de estado sólido separadas por 302 km de fibra. DM: espelho dicromático, LP: passagem longa, BP: passagem de banda, BS: divisor de feixe, SNSPD: detector de fóton único de nanofio supercondutor, HWP: placa de meia onda, QWP: placa de quarto de onda, PBS: feixe de polarização divisor. Crédito: fotônica avançada (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066003

O Prêmio Nobel de Física deste ano celebrou o interesse fundamental no emaranhamento quântico e também imaginou as possíveis aplicações na “segunda revolução quântica”, uma nova era na qual podemos manipular a estranheza da mecânica quântica, incluindo a superposição quântica e o emaranhamento. Uma rede quântica de larga escala totalmente funcional é o santo graal da ciência de dados quânticos. Ele abrirá uma nova fronteira da física, com novas possibilidades para computação quântica, comunicação e metrologia.


Um dos desafios mais importantes é estender a distância da comunicação quântica para uma escala praticamente útil. Ao contrário dos sinais clássicos que podem ser amplificados sem ruído, os estados quânticos de superposição não podem ser amplificados porque não podem ser perfeitamente clonados. Portanto, uma rede quântica de alto desempenho requer não apenas canais quânticos de perda ultrabaixa e memória quântica, mas também fontes de luz quântica de alto desempenho. Houve um progresso recente empolgante em comunicações quânticas baseadas em satélite e repetidores quânticos, mas a falta de fontes de fótons individuais adequadas dificultou o progresso.

O que é necessário de uma única fonte de fótons para aplicações de rede quântica? Primeiro, você deve emitir um (apenas um) fóton por vez. Em segundo lugar, para obter brilho, as fontes de fóton único devem ter alta eficiência de sistema e alta taxa de repetição. Terceiro, para aplicações como teletransporte quântico que requerem interferência com fótons independentes, os fótons individuais devem ser indistinguíveis. Os requisitos adicionais incluem uma plataforma escalável, banda estreita e largura de linha ajustável (favorável para sincronização de tempo) e interconectividade com qubits de matéria.

Uma fonte promissora é (QD), partículas semicondutoras de alguns nanômetros. No entanto, nas últimas duas décadas, a visibilidade da interferência quântica entre QDs independentes raramente excedeu o limite clássico de 50%, e as distâncias foram limitadas a alguns metros ou quilômetros.

Conforme relatado em fotônica avançada, uma equipe internacional de pesquisadores alcançou interferência quântica de alta visibilidade entre dois QDs independentes conectados com ~ 300 km de fibra óptica. Relate fontes de fótons únicos eficientes e indistinguíveis com ruído ultrabaixo, ajustável conversão de frequência e transmissão de fibra longa de baixa dispersão.

Fótons únicos são gerados a partir de QDs acionados por ressonância individuais acoplados de forma determinística a microcavidades. Conversões de frequência quântica são usadas para remover a heterogeneidade QD e mudar o comprimento de onda de emissão para a banda de telecomunicações. A visibilidade da interferência observada é de até 93%. De acordo com o principal autor Chao-Yang Lu, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), “melhorias viáveis ​​podem estender ainda mais a distância para ~ 600 km”.

Lu comenta: “Nosso trabalho saltou de experimentos quânticos anteriores baseados em QD na escala de ~ 1 km a 300 km, duas ordens de magnitude maiores e, portanto, abre uma perspectiva empolgante de redes quânticas de última geração”. sólido”. Com esse salto relatado, o surgimento das redes quânticas de estado sólido pode começar a surgir em breve.

Mais informação:
Xiang You et al, Interferência quântica com fontes independentes de fóton único em fibra de 300 km, fotônica avançada (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066003

Citação: Interferência quântica de alta visibilidade entre dois pontos quânticos independentes de semicondutores alcançados (28 de dezembro de 2022) Acessado em 29 de dezembro de 2022 em https://phys.org/news/2022-12-high-visibility-quantum-independent -semiconductor-dots. html

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