通过量子频率转换从囚禁离子产生与中性原子波长兼容的 780 nm 单光子

由量子存储器与光子互连构成的量子网络可用于纠缠分发（L.-M.Duan 与 H. J. Kimble, PRL 90, 253601 (2003), H. J. Kimble, Nat. 453, 1023 EP (2008)）、量子隐形传态（S.Pirandola 等, Nat. Photon. 9, 641 (2015)）和分布式量子计算（T.Spiller 等, New J. Phys. 8, 30 (2006)）。已使用同类型存储器演示了远程连接的两节点网络：囚禁离子系统（D.Hucul 等, Nat. Phys. 11, 37 (2014)）、量子点（W. B. Gao 等, Nat. Photon. 9, 363 (2015)）和氮空位中心（W. B. Gao 等, Nat. Photon. 9, 363 (2015), B. Hensen 等, Nat. 526, 682 (2015)）。受须使用存储器本征发射波长光子的限制，已在囚禁离子与量子点之间（H.Meyer 等 PRL 114, 123001 (2015)）以及单中性原子与玻色-爱因斯坦凝聚体之间（M.Lettner 等, PRL 106, 210503 (2011)）演示了混合系统。大多数量子系统彼此工作在不同且不兼容的波长上，因此此类两节点系统从未被演示过。在此，我们使用囚禁的 138Ba$^{+}$ 离子和具有光纤耦合输出的周期性极化铌酸锂（PPLN）波导，演示了将 493 nm 单光子以 19% 端到端效率进行量子频率转换（QFC）至 780 nm。在最优信噪比操作参数下，我们利用离子的荧光产生与 $^{87}$Rb $D_2$ 跃迁共振的光。为展示未转换的 493 nm 光子与近 780 nm 转换光子的量子性质，我们观测到它们各自二阶强度关联中的强量子统计特性。该工作拓展了离子间实验室内组网以及不同量子存储器之间组网与通信的范围。