美国杜克量子中心与IonQ演示远程原子量子比特三方纠缠
2026-06-21 09:59
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维度网讯,杜克量子中心(Duke Quantum Center)与IonQ的研究人员演示了在三个节点的量子网络上利用单个囚禁离子分布式生成格林伯格-霍恩-蔡林格态(GHZ态)。该实验装置包含三个空间分离的硬件模块,相互距离约2米,通过3米单模光纤连接到中心化的自由空间GHZ态生成器。这一网络实现了远程三方纠缠,无需本地两量子比特门或后选择协议,在纠缠生成率0.095(5) s−1下建立了0.841(17)至0.881(17)的原子态保真度。

每个硬件节点隔离一个限制在四杆保罗阱(Paul trap)中的单个138Ba+(钡)离子量子比特。4.2446(2) G的静态磁场解除基态简并,定义塞曼量子比特能级∣↓⟩和∣↑⟩,分裂频率为ω0=2π×11.8964(5) MHz。一个3皮秒激光脉冲同时激发离子,引发493 nm处的自发辐射序列,生成平均保真度为0.983(1)的纠缠离子-光子态。发射的单光子通过光纤网络传输到中心化生成器,在那里波片阵列将其偏振对齐到共享水平/垂直基,然后在偏振分束器上进行两两干涉。六个雪崩光电二极管上的三重符合探测擦除光子“哪条路径”信息,宣示目标原子存储器的纠缠态。

对系统操作约束的分析表明,状态不保真的主要来源是偏振混合(0.037)和空间模式失配(<0.03)。在50纳秒宣示窗口内由光子反冲引起的运动退相干贡献了额外的0.03不保真度,而状态制备与测量(SPAM)配置引入了0.015的误差率。三个节点的净端到端单光子收集效率(pi)范围为0.0074至0.0145。这些效率限制由光纤耦合漂移和重复1微秒纠缠周期中累积的反冲加热决定,目前需要定期中断以进行多普勒冷却。

该三节点网络用于通过测量Mermin参数3.203(45)执行量子非局域性的确定性测试,以27个标准差违背了经典局域隐变量上界≤2。量子比特态通过驱动1762 nm激光π脉冲将∣↓⟩态布居转移到目标2D5/2能级,然后在493 nm和650 nm组合照明下进行荧光成像来分析。由于囚禁离子具有高状态读出效率(>99.7%),该实验关闭了探测漏洞。这代表使用远程、可独立寻址的原子存储器(而非纯光子或系综介质)验证了多节点Mermin不等式违背。

完全分布式三方纠缠的实现勾勒了模块化量子计算系统的工程路径。该基础设施模型不试图在单个整体真空腔内扩展处理能力,而是通过光子互连连接不同的本地化量子处理节点以分配计算工作负载。这些分布式状态的事件就绪生成为多方密码协议、安全量子秘密共享以及使用互连原子节点的分布式量子传感网络建立了基础框架。

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