基于腔的单原子与光学光子量子网络

分布式量子网络将使用户能够执行当前技术无法实现的任务并进行交互。其实现是量子科学的一项关键挑战，需要开发能够发送、接收以及本地存储和处理量子信息的静止量子节点。节点由用于飞行信息载体（即光子）的量子信道连接。这些信道既用于节点间直接交换量子信息，也用于在整个网络分发纠缠。为了将此类网络扩展到多粒子和长距离，需要节点与信道间的高效接口。本文描述了实现此目标的基于腔的方法，重点强调单原子被俘获并与光学谐振腔耦合的实验系统。除了概念上的吸引力外，该方法在大规模量子网络方面很有前景，因为它可实现长量子比特相干时间和高光-物质耦合效率。因此，它允许按一下按钮生成纠缠光子，将光子的量子态可逆地映射至原子，在远程原子间传输和隐形传态量子态，纠缠远距离原子，非破坏性地探测光学光子，在原子与一个或数个光子间执行纠缠量子门，甚至为未来中继器的高效预示量子存储器提供途径。所提出的通用协议及关键参数的确定适用于其他实验系统。