量子技术新突破：在大都市范围内实现破纪录的量子瞬移

量子技术新突破：在大都市范围内实现破纪录的量子瞬移量子远距传态利用量子纠缠和经典通信将量子信息传输到遥远的地方。这一概念已在各种量子光系统中实现，包括从实验室实验到实际的现实世界测试。值得注意的是，通过利用低地轨道Micius卫星，科学家已经成功地将量子信息传送到超过1200千米的距离。然而，目前还没有一种量子传输系统的传输速率能达到赫兹数量级。这阻碍了量子互联网未来的应用。在发表于《光科学与应用》（LightScience&Application）的一篇论文中，由电子科技大学郭光灿教授和周强教授领导的科学家团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所游力行教授合作，在"电子科技大学第一城量子互联网"的基础上，首次将远距传态速率提高到每秒7.1量子比特。这创下了城域范围内量子传送系统的新纪录。a,传送系统鸟瞰图。爱丽丝'A'位于网络交换室，鲍勃'B'和查理'C'分别位于两个不同的实验室。连接三个节点的所有光纤都属于UESTC主干网。在实验过程中，只有爱丽丝、鲍勃和查理创建的信号通过这些"暗"光纤传输。爱丽丝用弱相干单光子源准备初始状态，并通过量子通道将其发送给查理。鲍勃的纠缠源产生一对纠缠光子，然后通过另一个量子通道将惰光子发送给查理。查理对爱丽丝和鲍勃发送的量子比特进行联合贝尔态测量（BSM），将它们投射到四个贝尔态之一。然后，BSM结果通过经典信道发送给鲍勃，鲍勃对信号光子进行单元（U）变换，以恢复初始状态。"在实验室外演示高速量子瞬移涉及一系列挑战。这项实验展示了如何克服这些挑战，从而为未来的量子互联网树立了一个重要的里程碑，"这项工作的通讯作者周强教授说。现实世界中量子传送系统的主要实验挑战是进行贝尔态测量（BSM）。为了确保量子远传成功并提高贝尔态测量（BSM）的效率，爱丽丝和鲍勃的光子需要在光纤长距离传输后在查理处无法区分。研究小组开发了一个完全运行的反馈系统，实现了光子路径长度差和偏振的快速稳定。另一方面，研究小组使用单根光纤尾端周期性极化的铌酸锂波导来产生纠缠光子对。在此基础上，他们为远距传输系统开发出了一种具有500MHz重复率的高质量量子纠缠光源。红条是使用QST测得的保真度。蓝条是使用DSM获得的保真度。两种方法的保真度都超过了2/3的经典极限，即灰色虚线。这种基于量子光学的高速量子传送需要最灵敏的光子传感器，以便收集尽可能多的事件。游力行教授领导的团队与光子技术有限公司的同事一起，为这项实验提供了高性能的超导纳米线单光子探测器。由于探测器效率极高且几乎没有噪声，因此实现了高效率的BSM和量子态分析。研究团队采用量子态层析和诱饵态两种方法计算了远传保真度，远高于经典极限（66.7%），证实了高速城域量子远传已经实现。未来，"中国电子科技大学一号城域量子互联网"有望结合集成量子光源、量子中继器和量子信息节点，发展"高速、高保真、多用户、远距离"的量子互联网基础设施。该团队还预测，这一基础设施将进一步推动量子互联网的实际应用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391145.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391145.htm

原子"呼吸" - 量子技术的新构件

原子"呼吸"-量子技术的新构件华盛顿大学的研究人员检测到了原子"呼吸"，或原子层之间的机械振动，这可能有助于编码和传输量子信息。他们还创造了一个操纵这些原子振动和光发射的集成设备，推进了量子技术的发展。研究人员还开发了一种装置，可以作为量子技术的一种新型构件，人们普遍预计量子技术未来将在计算、通信和传感器开发等领域有许多应用。研究人员最近在《自然-纳米技术》杂志上发表了他们的发现。"这是一个新的原子级平台，使用科学界所称的'光学机械学'，其中光和机械运动被内在地耦合在一起，"高级作者MoLi说，他是华盛顿大学电气和计算机工程及物理学教授。"它提供了一种新型的参与性量子效应，可以利用它来控制通过集成光学电路运行的单光子，用于许多应用。"AdinaRipin此前，该团队曾研究过一种叫做"激子"的量子级准粒子。信息可以被编码到一个激子中，然后以光子的形式释放出来--一个被认为是光的量子单位的微小能量粒子。每个发射的光子的量子属性--如光子的偏振、波长和/或发射时间--可以作为量子比特的信息，或"量子比特"，用于量子计算和通信。而且，由于这个量子比特是由光子携带的，它以光速传播。"为了可行地拥有一个量子网络，我们需要有可靠地创建、操作、存储和传输量子比特的方法，"主要作者、华盛顿大学物理学博士生AdinaRipin说。"光子是传输这种量子信息的自然选择，因为光纤使我们能够以高速远距离传输光子，而且能量或信息的损失很低。"研究人员正在研究激子，以便创造一个单光子发射器，或"量子发射器"，这是基于光和光学的量子技术的一个关键组成部分。为了做到这一点，研究小组将两层薄薄的钨和硒原子（被称为二硒化钨）放在彼此的上面。LiMo当研究人员测量发射光的光谱时，他们注意到几个等距的峰值。由激子发射的每一个光子都与一个或多个声子耦合在一起。这有点类似于在量子能量阶梯上一次一次地攀登，而在光谱上，这些能量峰值在视觉上被等距的峰所代表。Li说："声子是二硒化钨材料的自然量子振动，它具有垂直拉伸坐在两层中的激子电子-空穴对的效果，"他也是华盛顿大学QuantumX指导委员会的成员，并且是纳米工程系统研究所的一名教师。"这对激子发射的光子的光学特性有明显的影响，这在以前从未报道过。"研究人员很好奇他们是否能将声子用于量子技术。他们施加电压，看到他们可以改变相关声子和发射的光子的相互作用能量。这些变化是可测量并可控制的，其方式与将量子信息编码到单一的光子发射有关，而这一切都在一个集成系统中完成--一个只涉及少量原子的装置。下一步，该团队计划建立一个波导--芯片上的纤维，捕捉单光子发射并将它们引向它们需要去的地方，然后扩大该系统的规模。该团队不希望一次只控制一个量子发射器，而是希望能够控制多个发射器及其相关的声子状态。这将使量子发射器能够相互"交谈"，这是朝着为量子电路建立一个坚实基础迈出的一步。Li说："我们的首要目标是创建一个带有量子发射器的集成系统，该系统可以使用通过光路运行的单光子和新发现的声子来做量子计算和量子传感，这一进展当然将有助于这一努力，它有助于进一步发展量子计算，而量子计算在未来将有许多应用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366241.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366241.htm

量子突破：多功能金属膜如何改变光子学

量子突破：多功能金属膜如何改变光子学用于任意塑造二维六方氮化硼量子发射的多功能金属膜的艺术插图。资料来源：ChiLi、JaehyuckJang、TrevonBadloe、TieshanYang、JoohoonKim、JaekyungKim、MinhNguyen、StefanA.Maier、JunsukRho、HaoranRen、IgorAharonovich。量子发射是实现光子量子技术的关键。固态单光子发射器（SPE），如六方氮化硼（hBN）缺陷，可在室温下工作。它们因其坚固性和亮度而备受青睐。从SPE收集光子的传统方法依赖于高数值孔径(NA)物镜或微结构天线。虽然光子收集效率很高，但这些工具无法操控量子发射。要对发射的量子光源进行任何所需的结构化处理，都需要多个笨重的光学元件，如偏振器和相位板。在最近发表在《eLight》杂志上的一篇新论文中，莫纳什大学的ChiLi博士和HaoranRen博士领导的一个国际科学家团队开发出了一种新型多功能金属膜，用于构造SPE的量子发射。以不同空间形式任意变换光束的能力对于量子光源来说至关重要。元表面改变了光子设计的面貌。它带来了从光学成像和全息技术到激光雷达和分子传感的重大技术进步。最近，人们设计了将纳米级发射器直接集成到纳米结构谐振器和元表面的方法，以收集和演示对SPE发射的基本定制。这些最初的演示证明了平面光学在推动量子发射操纵方面的必要性。研究小组通过设计和制造一种多功能金属膜来解决这一问题。韩国物理学家JaehyuckJang博士、TrevonBadloe博士和浦项科技大学的JunsukRho教授制造出了这种新型金属膜。它可以同时调整方向性、极化和轨道角动量（OAM）自由度。他们利用金属离子演示了在室温下从氢化硼中的固相萃取物（SPEs）进行量子发射的多维结构化。研究小组展示了量子发射方向性的任意塑造。他们还表明，可以在金属感曲线上添加不同的螺旋波面，从而在SPE的正交极性中产生独特的OAM模式。这项突破性的实验工作由IgorAharonovich教授领导的悉尼科技大学和TMOS（澳大利亚研究理事会卓越中心）完成。所展示的多自由度量子发射任意波前整形技术可以充分释放固态SPE的潜力，将其用作先进量子光子应用的高维量子源。该团队的新技术提供了一个新平台，利用超薄元光学器件在室温下实现多自由度量子发射的任意波前整形。它可能为量子信息科学领域提供新的见解。研究小组认为，操纵光子的偏振可以改善滤波效果，从而对量子密码学和纠缠分发产生重大影响。偏振分离对于未来利用氢化硼SPE生成偏振纠缠光子对至关重要。金属膜的未来扩展可实现高维单光子混合量子态的产生。未来将结构化SPE源与可靠的传输环境（如光纤）进行整合，将有望实现信息容量更大、抗噪声能力更强、安全性更高的量子网络。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376677.htm

研究人员结合诺贝尔奖获奖理念 提高量子通信的效率和安全性

研究人员结合诺贝尔奖获奖理念提高量子通信的效率和安全性纠缠光子是一种即使相隔很远也能保持连接的光粒子，2022年诺贝尔物理学奖对这方面的实验给予了肯定。IQC研究团队将纠缠与量子点（一种获得2023年诺贝尔化学奖的技术）相结合，旨在优化创建纠缠光子的过程，纠缠光子具有广泛的应用，包括安全通信。提高量子效率和纠缠度IQC和滑铁卢电气与计算机工程系教授MichaelReimer博士说："量子密钥分发或量子中继器等令人兴奋的应用需要高度纠缠和高效率的结合，这些应用被设想用于将安全量子通信的距离扩展到全球范围或连接远程量子计算机。以前的实验只能测量到近乎完美的纠缠或高效率，但我们是第一个用量子点同时达到这两个要求的人。"纠缠光子源--嵌入半导体纳米线的铟基量子点（左），以及如何从纳米线中有效提取纠缠光子的可视化图。资料来源：滑铁卢大学通过将半导体量子点嵌入纳米线，研究人员创造出了一种能产生近乎完美的纠缠光子的光源，其效率是以前工作的65倍。这种新光源是与位于渥太华的加拿大国家研究理事会合作开发的，可以用激光激发，根据指令产生纠缠对。研究人员随后使用荷兰SingleQuantum公司提供的高分辨率单光子探测器来提高纠缠程度。历史上，量子点系统一直存在一个名为"精细结构分裂"的问题，它会导致纠缠态随时间发生振荡。这意味着使用慢速检测系统进行测量将无法测量纠缠状态，IQC和滑铁卢电气与计算机工程系博士生MatteoPennacchietti说。"我们将量子点与非常快速和精确的检测系统相结合，克服了这一难题。我们基本上可以在振荡过程中的每一点上获取纠缠态的时间戳，这就是我们拥有完美纠缠的地方。"为了展示未来的通信应用，Reimer和Pennacchietti与NorbertLütkenhaus博士和ThomasJennewein博士（两人均为IQC教师和滑铁卢物理与天文学系教授）及其团队合作。利用新的量子点纠缠源，研究人员模拟了一种称为量子密钥分发的安全通信方法，证明量子点源在未来的安全量子通信中大有可为。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424968.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424968.htm

利用多部分混合纠缠技术解决量子传送中的噪声问题

利用多部分混合纠缠技术解决量子传送中的噪声问题一种创新的量子传送方法，它通过多部分混合纠缠来抵抗量子系统因环境干扰而产生的退相干效应。通过全光学的实验设置，研究团队证实了这种方法在控制退相干中的有效性，使得量子信息即使在极端条件下也能高效传送。该研究不仅成功地展示了高保真度的量子传送，还为未来量子通信技术的发展打开了新的可能。退相干是量子系统因与周围环境相互作用而失去量子态相干性的过程。关注频道@ZaiHuaTG频道投稿@ZaiHuabot

量子照明：先进设备可产生单光子并用于编码信息

量子照明：先进设备可产生单光子并用于编码信息洛斯阿拉莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory）的科学家团队将两种不同的原子薄材料堆叠在一起，实现了一种手性量子光源。这种量子光发射器的新方法可产生圆偏振单光子流或光粒子流，可用于一系列量子信息和通信应用。洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家HanHtoon说："我们的研究表明，单层半导体有可能在没有外部磁场的帮助下发射圆偏振光。以前只有通过大型超导磁体产生的高磁场、将量子发射器与非常复杂的纳米级光子学结构耦合或向量子发射器注入自旋偏振载流子才能实现这种效果，而我们的近程效应方法具有低成本制造和可靠性高的优势"。偏振态是对光子进行编码的一种手段，因此这一成果是朝着量子密码学或量子通信方向迈出的重要一步。有了一个既能产生单光子流又能引入偏振的光源，基本上就把两种设备合二为一了。手性量子光发射是在两种不同层状材料（一种单层半导体和一种反铁磁晶体）的叠层中形成的，从材料中升起，可用于量子信息和通信应用。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室压痕是光致发光的关键正如发表在《自然-材料》（NatureMaterials）杂志上的一篇论文所描述的，研究团队在集成纳米技术中心（CenterforIntegratedNanotechnologies）工作，将单分子厚的二硒化钨半导体层堆叠在更厚的三硫化镍磷磁性半导体层上。博士后助理研究员李向志利用原子力显微镜在这层薄薄的材料上制造出了一系列纳米级的压痕。这些压痕的直径约为400纳米，因此200多个这样的压痕可以很容易地穿过一根头发的宽度。事实证明，当激光聚焦在这堆材料上时，原子显微镜工具产生的压痕会产生两种效果。首先，压痕在势能图中形成了一个井或凹陷。二硒化钨单层的电子落入凹陷处。这刺激了井中单光子流的发射。纳米压痕还破坏了底层三硫化二磷镍晶体的典型磁性，产生了一个局部磁矩，从材料中指向上方。该磁矩使发射的光子产生圆极化。为了在实验中证实这一机制，研究小组首先与位于洛斯阿拉莫斯的国家高磁场实验室脉冲磁场设备合作，进行了高磁场光学光谱实验。然后，研究小组与瑞士巴塞尔大学合作测量了局部磁矩的微小磁场。实验证明，研究小组成功地展示了一种控制单光子流偏振态的新方法。量子信息编码研究小组目前正在探索如何通过施加电刺激或微波刺激来调节单光子的圆偏振程度。这种能力将提供一种将量子信息编码到光子流中的方法。进一步将光子流耦合到波导--光的微观管道--将提供允许光子单向传播的光子电路。这种电路将成为超安全量子互联网的基本构件。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379591.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379591.htm