Stora kvantnät lovar att möjliggöra säker kommunikation, distribuerad kvantdata, förbättrad avkänning och grundläggande tester av kvantmekanik genom fördelning av insnärjning mellan noder [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]. För att gå längre än de nuvarande tvånodenäten [8] [9] [10] [11] [12] [13] krävs att genereringshastigheten för snärjning mellan noder överstiger deras avstämningsgrad. Bortom denna kritiska tröskel kan probabilistiska insnärjningsprotokoll subsumeras till ett kraftfullt byggblock som deterministiskt ger avlägsna insnärjda länkar vid fördefinierade tidpunkter. Här överträffar vi denna tröskel med hjälp av diamant spin qubit noder separerade med 2 meter. Vi inser en fullt förebådad singel-foton trassling protokoll som uppnår insnärjningshastigheter upp till 39 Hz, tre storleksordningar högre än tidigare visat två-foton protokoll på denna plattform [14]. Samtidigt dämpar vi dekoherensen hos avlägsna insnärjda tillstånd till 5 Hz genom dynamisk frikoppling. Genom att kombinera dessa resultat med effektiv laddning-state kontroll och begränsning av spektral diffusion, kan vi deterministiskt leverera en ny avlägsen tillstånd med genomsnittlig insnärjning trohet överstiger 0,5 vid varje klockcykel på 100 ms utan någon för- eller efter-urval. Dessa resultat visar en viktig byggsten för utökade kvantnätverk och öppna dörren till trassling distribution över flera avlägsna noder. Kraften i framtida kvantnät kommer att härledas från trassling som delas mellan nätverk noderna. Två kritiska parametrar för prestanda av sådana nätverk är trassling genereringshastighet r ent mellan noder och den insnärjda-state decoherence rate r dec. Deras förhållande, som vi kallar kvantlänk effektivitet η länk = r ent /r dec [8, 15], kvantifierar hur effektivt insnärjda stater kan bevaras över de tidsramar som krävs för att generera dem. Alternativt bestämmer länkeffektiviteten utifrån ett kompletterande perspektiv det genomsnittliga antalet insnärjda tillstånd som kan skapas inom en insnärjd tillståndslivslängd. Att uppnå en länk effektivitet enhet utgör därför en kritisk tröskel bortom vilken snärjning kan genereras snabbare än den går förlorad. Överskridandet av denna tröskel är centralt för att tillåta att flera insnärjda länkar skapas och underhålls samtidigt, vilket krävs för distribution av många kropp kvanttillstånd över ett nätverk [6, 15]. Överväg en elementär insnärjning leverans protokoll som levererar stater vid förutbestämda tider. Detta kan uppnås genom att göra flera försök att generera trassling, och sedan skydda framgångsrikt genererade insnärjda stater från decoherence tills den erforderliga leveranstiden (Fig. 1a, steg 1, 2 och 3). Om vi försöker generera trassling för en period t ent, den kumulativa sannolikheten för framgång kommer att vara p suc = 1 − e −renttent. För en given p succe bestäms den genomsnittliga troheten F succe för de framgångsrikt genererade tillstånden enbart av kvantlänkeffektiviteten η länk (kompletterande information (SI) avsnitt I). Vi ritar F suc kontra p suc för flera värden av η länk i Bild 1b. Detta protokoll tillåter insnärjda tillstånd att levereras vid bestämda tidpunkter, men med en ändlig sannolikhet för framgång. Genom att leverera en unentangled tillstånd (state fidelity F unent ≤ 1 2 ) i cykler där all trassling generation försök misslyckades, protokollet kan kastas i en helt deterministisk svart-box (Fig 1a, steg 4). Staterna utdata från en sådan svart-box kommer att ha en trohet med en Bell tillstånd av den maximala uppnåeliga trohet F max det av denna deterministiska stat leverans protokoll, hittas genom att optimera p suc, bestäms också endast av kvantlänk effektivitet η länk. För F unent = 1 4 (fullständigt blandat tillstånd) hittar vi (se bild 1c) : Bortom tröskeln η länk 0.83, finns det en kombination av p suc och F suc tillräckligt hög för att kompensera för cykler där insnärjning inte förebådas, vilket möjliggör deterministisk leverans av stater som är på genomsnitt insnärjd (F max det ≥ 1 2 ). Påvisande av deterministisk insnärjning ger därför ett kritiskt riktmärke för ett näts prestanda, vilket bekräftar att nätverkets kvantlänkeffektivitet är av ordningsenhet eller högre. Dessutom kan förmågan att i förväg ange vid vilken tidpunkt insnärjda stater levereras bidra till att utforma kvantinformationsuppgifter i flera steg såsom insnärjning av insnärjning [16, 17]. Hittills har denna tröskel varit oåtkomlig för solida kvantnät. Quantum dots har visat kHz snärjningshastighet r ent, men tiotals MHz dekoherensfrekvens r dec begränsar deras uppnådda kvantlänk effektivitet till η länk 10 −4 [18, 19]. Kväve ledig (NV) centrum, punkt-defekter i diamant med en långlivad elektron spinn och ljusa optiska övergångar, har visat snärjningshastighet r ent av tiotals mHz [10, 14] och, i separata experiment, avstämningshastigheter r decr av ordningen 1 Hz [20], vilket tillsammans skulle ge η länk 10 −2. ArXiv:1712.07567v2 [kvant-f]
I REF definierade författarna en metod för deterministisk leverans av kvantinsnärjning på ett kvantnät.
Deterministic delivery of remote entanglement on a quantum network
{'venue': 'Nature 558, pages 268-273 (2018)', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science', 'Physics', 'Medicine']}