Vi föreslår ett system för att använda fotoner för idealisk kvantöverföring mellan atomer belägna vid rumsligt åtskilda noder i ett kvantnätverk. Transmissionsprotokollet använder speciella laserpulser som sprutar ut en atom i en optisk hålighet vid sändarnoden så att dess tillstånd karteras in i ett tidssymmetriskt fotonvågspaket som kommer in i en hålighet vid den mottagande noden och absorberas av en atom där med enhetens sannolikhet. Genomförandet av vårt system skulle möjliggöra en tillförlitlig överföring eller delning av insnärjning mellan rumsligt avlägsna atomer. [ S0031-9007(97) Vi anser att ett kvantnät består av rumsligt åtskilda noder som är anslutna till kvantkommunikationskanaler. Varje nod är ett kvantsystem som lagrar kvantinformation i kvantbitar och bearbetar denna information lokalt med kvantportar [1]. Informationsutbyte mellan nätverkets noder sker via kvantkanaler. Ett fysiskt genomförande av ett sådant nätverk kan t.ex. bestå av kluster av instängda atomer eller joner som representerar noderna, med optiska fibrer eller liknande fotonkonduiter som tillhandahåller kvantkanalerna. Atomer och joner är särskilt väl lämpade för lagring av qubits i långlivade inre tillstånd, och nyligen föreslagna system för att utföra kvantportar mellan instängda atomer eller joner ger en attraktiv metod för lokal bearbetning inom en atomation nod [2] [3] [4]. Å andra sidan representerar fotoner tydligt den bästa qubit bärare för snabb och tillförlitlig kommunikation över långa avstånd [5, 6], eftersom snabb och intern-state-bevarande transport av atomer eller joner verkar vara tekniskt svåråtkomlig. Hittills har ingen process faktiskt identifierats för att använda fotoner (eller andra metoder) för att uppnå effektiv kvantöverföring mellan rumsligt avlägsna atomer [7]. I denna skrivelse skisserar vi ett system för att genomföra denna grundläggande byggsten för kommunikation i ett distribuerat kvantnät. Vårt system möjliggör kvantöverföring med (i princip) enhetseffektivitet mellan avlägsna atomer 1 och 2 (se bild. 1 )............................................................................................................... Möjligheten att kombinera lokal kvantbehandling med kvantöverföring mellan noderna i nätverket öppnar möjligheten för en mängd nya tillämpningar som sträcker sig från insnärjd-state kryptografi [8], teleportering [9] och rening [10], och är intressant ur perspektivet distribuerad kvantberäkning [11]. Grundidén med vår plan är att utnyttja en stark koppling mellan en hög-Q optisk hålighet och atomerna [5] som bildar en given nod av kvantnätverket. Genom att applicera laserstrålar överför man först det inre tillståndet hos en atom vid den första noden till det optiska tillståndet i hålrummet. De genererade fotonerna läcker ut ur håligheten, förökar sig som ett vågpaket längs överföringsledningen och går in i ett optiskt hålrum vid den andra noden. Slutligen överförs det optiska tillståndet i den andra håligheten till det inre tillståndet i en atom. Multi-qubit transmissioner kan uppnås genom sekventiellt adressera par av atomer (en vid varje nod), eftersom insnärjningar mellan godtyckligt lokaliserade atomer bevaras av staten-mapping processen. Det särskiljande draget i vårt protokoll är att genom att kontrollera atom-kaviteten interaktion, kan man absolut undvika reflektion av vågpaket från den andra håligheten, effektivt stänga av den dominerande förlustkanalen som skulle vara ansvarig för dekoherens i kommunikationsprocessen. För en fysisk bild av hur detta kan åstadkommas, låt oss tänka på att en foton läcker ut ur en optisk hålighet och förökar sig bort som ett vågpaket. Föreställ dig att vi kunde "tidsvända" detta vågpaket och skicka det tillbaka in i håligheten; då skulle detta återställa det ursprungliga (okända) superpositionstillståndet av atomen, förutsatt att vi också skulle vända timingen av laserpulserna. Om vi å andra sidan kan driva atomen i en sändande hålighet på ett sådant sätt att den utgående pulsen redan var symmetrisk i tiden, skulle vågpaketet som kommer in i en mottagande hålighet "minska" denna gång vända processen, vilket "återställer" tillståndet för den första atomen i den andra. Den enklaste möjliga konfigurationen av kvantöverföring mellan två noder består av två atomer 1 och 2 som är starkt kopplade till deras respektive hålrumslägen (se bild. 1 )............................................................................................................... Hamiltonian beskriver interaktionen av varje atom med motsvarande hålrum läge
Cirac m.fl. REF föreslog att man skulle använda fotoniska kopplingar för kommunikation mellan avlägsna atomer.
Quantum State Transfer and Entanglement Distribution among Distant Nodes in a Quantum Network
{'venue': None, 'journal': 'Physical Review Letters', 'mag_field_of_study': ['Physics']}