全球首次 使用冷却原子量子存储器的光纤通信

导读

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  成功证实了冷却原子量子存储器与光纤通信波带的光子可构成量子网络。



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  可利用波长转换器的偏振无关化填充波长间隙。



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  有望实现能经受得起通过量子计算机施加的黑客攻击考验的长距离安全通信

日本大阪大学研究生院基础工学研究科副教授山本俊和助教生田力三的研发小组，与大阪大学名誉教授井元信之、NTT 物性科学基础研究所主任研究员向井哲哉、NICT 未来 ICT 研究所主任研究员三木茂人、以及东京大学研究生院工学系研究科教授小芦雅斗等全球首次成功地验证了，由冷却原子构成的量子存储器与光纤网络能够构成可通信波段光子的量子网络。

研发小组通过实验证实，在利用量子的奇异特性的状态下，通过新开发的波长转换器，将光子的波长转换为光纤通信波长，就能在由冷却原子构成的量子存储器与光纤通信波长的光子之间形成量子网络。利用光纤连接起这种崭新的量子网络，可在远程原子存储器之间形成量子网络，并利用该网络实现远距离安全通信。

此次的研究成果已于5月21日（周一）发布在英国科学杂志《自然通讯》（Nature Communications）上。

研发小组通过使此前开发的单一光子波长转换器与光干涉仪实现一体化，开发出了在不改变光子偏振状态的情况下，将波长转换为通信波段的 “偏振无关型波长转换器”，由此在全球首次实现了冷却原子量子存储器与通信波长光子构成的量子网络。为实现这种量子网络，研发小组利用 NTT 物性科学基础研究所的冷却Rb原子阱技术，在大阪大学制造了冷却原子量子存储器，通过在存储器中嵌入新开发的偏振无关型波长转换器，将生成的短波长光子 (780nm) 转换成了通信波段 (1550nm波段)。

冷却原子量子存储器与光通信波段光子的量子状态，是否具备名为 “量子纠缠” 的量子力学特性，是构成量子网络的重要证据。利用 NICT 未来 ICT 研究所开发的超导光子检测器 (SSPD)，可在极低噪音下检测通信波长光子。研发小组利用该仪器对观测数据进行了分析，确认了它们具备 “量子纠缠” 特性。由此确定冷却原子量子存储器与通信波段光子形成了量子网络的一个节点，具有经由光纤实现长距离通信的可能性。

此次的研究成果展示了一条实现量子中继的新道路，而量子中继可以实现量子网络的远程化。可以说，具有抵御利用量子计算机实施的黑客攻击能力的、新一代量子密码安全通信又向远程化迈出了一步。

文 客观日本编辑部