通过多路复用增强实现12公里光纤中预告式原子-光子量子关联的快速分发

在量子信息科学中，在遥远节点间分发量子纠缠是一项重要但困难的任务，因为它能促成众多应用，但会受到量子信道中指数衰减的影响。量子中继器是实现这一目标最有前途的方法之一。在量子中继器协议中，每个基本链路内的纠缠生成速度必须快于存储器退相干率，才能通过连接相邻中继器段来实现量子中继器的扩展。迄今为止，这一严格要求尚未在城市规模的光纤上实现。作为迈向这一挑战性目标的一步，本工作在实验上实现了通过多路复用增强的、在12公里光纤中预告式原子-光子量子关联的生成。我们依次激发多路复用量子存储器中的存储模式，利用填满长光纤的光子时间-bin脉冲串生成了280对原子-光子量子关联。在成功检测到预告信号后，可以识别被激发的存储模式，并按需以固定或可变的存储时间将其检索为闲置光子。借助多路复用增强，原子-光子关联的预告率可达1.95kHz，对于12公里长的光纤，量子关联生成率与存储器退相干率的比值可提升至0.46，据我们所知，这是迄今为止长光纤（>10km）长度下的最佳结果。因此，本工作构成了实现大规模量子中继器网络的重要一步。