中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢(mèng)宇）記者近日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、張強(qiáng)等學(xué)者與濟(jì)南量子技術(shù)研究院鄭名揚(yáng)等學(xué)者，在紫外波段離子阱存儲(chǔ)器和通信光纖的高效量子互聯(lián)方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)393nm至1550nm的高效率、低噪聲量子頻率轉(zhuǎn)換，刷新了該波段量子頻率轉(zhuǎn)換效率與噪聲水平的國際紀(jì)錄，為可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)中囚禁離子節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程互連提供了關(guān)鍵技術(shù)。10月13日，相關(guān)成果發(fā)表于國際知名物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

囚禁離子體系具有相干時(shí)間長、操控保真度高等突出優(yōu)勢(shì)，是構(gòu)建規(guī)模化量子網(wǎng)絡(luò)的重要體系之一。然而，諸多囚禁離子能級(jí)躍遷熒光波長位于紫外或藍(lán)紫光波段，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光纖傳輸，解決方案是高效率、低噪聲量子頻率轉(zhuǎn)換。此前，該波段至通信波段的QFC（量子頻率轉(zhuǎn)換）普遍面臨效率低、噪聲高的問題，難以實(shí)際應(yīng)用，致使該波段囚禁離子節(jié)點(diǎn)間糾纏分發(fā)距離被限制在米量級(jí)。

研究團(tuán)隊(duì)從準(zhǔn)相位匹配底層原理出發(fā)，一方面建立疇缺陷相位擾動(dòng)致效率下降的定量理論模型，并通過定量分析驗(yàn)證理論模型。另一方面，團(tuán)隊(duì)揭示了短波長泵浦下QFC過程與泵浦光自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）噪聲過程的反向調(diào)諧特性，據(jù)此提出短波泵浦SPDC噪聲抑制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦光噪聲的大幅抑制?；谝陨蟿?chuàng)新方法，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建393nm至1550nm的高效率低噪聲QFC模塊，端到端效率達(dá)28.8%，泵浦光噪聲抑制至35個(gè)/秒。與此前研究工作相比，效率提升約30倍，噪聲降低逾兩個(gè)數(shù)量級(jí)，創(chuàng)造了該波段量子頻率轉(zhuǎn)換的新紀(jì)錄。

該QFC模塊已在基于40Ca+囚禁離子的遠(yuǎn)距離量子糾纏中得到實(shí)際應(yīng)用，信噪比可達(dá)120:1，支撐了長壽命遠(yuǎn)程離子—離子高保真度糾纏的實(shí)驗(yàn)演示與器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)，為可擴(kuò)展量子中繼和廣域量子網(wǎng)絡(luò)奠定了關(guān)鍵器件基礎(chǔ)。