全球首次!利用囚禁离子成功实现长距离光子传输

ICT 2018年05月31日
日文

研究成果的要点:

· 利用新开发的波长转换器,通过光纤,成功将源自囚禁离子的单光子传输了10km

· 以前的课题是,囚禁离子与光纤通信波长不兼容,光子损失非常大,无法进行远程通信,此次通过转换波长大幅降低了光子损失

· 囚禁离子有望应用于包括长距离安全通信在内的量子信息通信

以前的源自钙离子的单光子传输实验

日本大阪大学研究生院基础工学研究科的副教授山本俊、助教生田力三等人组成的研发小组,与大阪大学名誉教授井元信之、NICT量子ICT尖端开发中心研究主任早坂和弘,以及英国萨塞克斯大学的教授马蒂亚斯·凯勒等人合作,在全球首次成功完成了通过光纤长距离传输源自被囚禁单离子的光子实验。

此次实验确认,利用新开发的波长转换器将源自单离子的单光子转换成光纤通信波长,便可利用长距离光纤有效传输单光子。

利用该波长转换器,有望帮助开发出量子存储器和量子中继器,二者能实现利用单离子的长距离量子网络。

此次的研究成果已于2018年5月15日(周二)发布在美国科学杂志《物理评论快报》(Physical Review Letters)的在线版上。

山本俊副教授等人的研发小组与NICT研究主任早坂和弘等人的研发小组开发出了高效率、低噪声的波长转换器,能将钙离子的共振波长——866nm的光子转换为1550nm的光纤通信波长。由此便可解决此前存在的波长间隙问题,能从钙离子读写通信波长的光子。通过把单光子波长转换器嵌入结合了英国萨塞克斯大学的光学谐振器的钙离子阱,成功地将源自钙离子的单光子转换为通信波段波长(1550nm)。波长为866nm时,传输10km后光子只剩下千分之一,而波长为1550nm时,传输约15km后还剩下一半的光子。

通过进行波长转换降低损失,利用囚禁离子在全球首次实现了10km的单光子光纤通信。即使把转换效率考虑在内,效率也完全能超过866nm波长的单光子直接传输,这一结果明确证明了波长转换器的优势。

此次的研究成果显示,被囚禁的钙离子可以通过光纤通信波长的光子获取。通过进一步改良新开发的波长转换器,应该能将钙离子和量子纠缠状态的光子转换为光纤通信波长,从而形成量子网络。另外,如果能将钙离子作为运算装置,实施操作光的量子状态的量子信息处理,则有望实现能够进行长距离量子密码通信的量子中继。

文 客观日本编辑部

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