Research press release

【量子物理学】遠く離れた量子メモリーのエンタングルメント

Nature

Quantum physics: Quantum memories go the distance

50キロメートル離れた2つの量子メモリーのエンタングルメントが実証されたことを報告する論文が、Natureに掲載される。この距離は、これまでに報告されたものよりもかなり長く、複数のノード間の長距離エンタングルメントに道を開く可能性があり、量子インターネットの開発に役立つかもしれない。

量子通信には、エンタングルした粒子の伝送が必要となる。ここ20年間に遠隔エンタングルメントの実現に向けて著しい進歩があった。遠隔エンタングルメントは、エンタングルした光子が、光ファイバーまたは人工衛星を経由してノード間を伝送されることで実現される。しかし、大きな伝送損失が起こることが、光子分布の成功に対する制約となっている。さらに、通常のコンピューターメモリーの量子等価物である量子メモリーのエンタングルメントの距離は、1.3キロメートルまでしか実現しておらず、既存のシステムはスケーラブルでない可能性が示唆されている。

今回、Jian-Wei Pan、Xiao-Hui Baoたちの研究チームは、伝送中の光子の結合損失を低減する空洞強化と呼ばれる量子効果を利用して、原子-光子エンタングルメントを生成し、それらを通信に適した周波数に変換し、最大50キロメートルの光ケーブルで接続された2つのノード間のエンタングルメントに成功したことを報告している。50キロメートルは、都市間の接続を可能にする距離だ。今回の研究結果は、量子エンタングルメントの長距離伝送には、エンタングルした光子よりも一連のノードにわたる原子-光子エンタングルメントの方が適していることを実証している。

The entanglement of two quantum memories over a distance of 50 kilometres is demonstrated in research published in Nature. This distance is much greater than previously reported and may pave the way for long-distance entanglement over multiple nodes, which could aid the development of a quantum internet.

Quantum communication requires the transmission of entangled particles. In the past two decades there has been notable progress in achieving remote entanglement, in which entangled photons are transmitted between nodes along optical fibres or via satellite; however, severe transmission losses limit the success of photon distribution. Moreover, the entanglement of quantum memories — the quantum equivalent of ordinary computer memory — has been limited to a distance of 1.3 kilometres, suggesting that existing systems may not be scalable.

Jian-Wei Pan, Xiao-Hui Bao and colleagues exploit a quantum effect called cavity enhancement — which reduces photon coupling loss during transmission — to create entangled atoms and photons, which they then convert to a frequency that is suitable for telecommunications. They report entanglement between two nodes connected by up to 50 kilometres of optical cables, distances that could connect cities. These results demonstrate that, compared with entangled photons, atom–photon entanglement over a series of nodes may be better suited to the long-distance transmission of quantum entanglement.

doi: 10.1038/s41586-020-1976-7

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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