世界距离全球范围内的安全量子通信又近了一步

滑铁卢大学量子计算研究所 (IQC) 的研究人员汇集了两项诺贝尔奖获奖研究概念，以推动量子通信领域的发展。

科学家现在可以从量子点源有效地产生近乎完美的纠缠光子对。该研究“来自半导体量子点的振荡光子贝尔态用于量子密钥分配”发表在《通信物理学》上

纠缠光子是即使距离很远也能保持连接的光粒子，2022 年诺贝尔物理学奖认可了这一主题的实验。 IQC 研究团队将纠缠与量子点(一项荣获 2023 年诺贝尔化学奖的技术)相结合，旨在优化纠缠光子的生成过程，该光子具有广泛的应用，包括安全通信。

“量子密钥分发或量子中继器等令人兴奋的应用需要高度纠缠和高效率的结合，这些应用预计将安全量子通信的距离扩展到全球范围或链接远程量子计算机，”博士说. Michael Reimer，IQC 和滑铁卢电气与计算机工程系教授。

“以前的实验只测量了近乎完美的纠缠或高效率，但我们是第一个用量子点满足这两个要求的人。”

通过将半导体量子点嵌入纳米线中，研究人员创造了一种源，其产生近乎完美的纠缠光子的效率比之前的工作高 65 倍。

这种新光源是与渥太华的加拿大国家研究委员会合作开发的，可以用激光激发，根据指令产生纠缠对。研究人员随后使用荷兰单量子公司提供的高分辨率单光子探测器来提高纠缠程度。

“从历史上看，量子点系统一直受到一种称为精细结构分裂的问题的困扰，该问题会导致纠缠态随着时间的推移而振荡。这意味着使用缓慢的检测系统进行的测量将阻止测量纠缠，”博士IQC 和滑铁卢电气与计算机工程系的学生。

“我们通过将量子点与非常快速和精确的检测系统相结合来克服这个问题。我们基本上可以获取振荡期间每个点的纠缠态的时间戳，这就是我们拥有完美纠缠的地方。”

为了展示未来的通信应用，Reimer 和 Pennacchietti 与 Norbert Lütkenhaus 博士和 Thomas Jennewein 博士及其团队合作，他们都是 IQC 教员和滑铁卢物理与天文学系教授。

研究人员利用新的​​量子点纠缠源模拟了一种称为量子密钥分发的安全通信方法，证明量子点源在安全量子通信的未来中具有重大前景。

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