量子互联网原型在纽约市地下运行半个月进行测试
要将量子网络引入市场，工程师必须克服光缆中纠缠态的脆弱性，并确保信号传输的效率。现在，纽约布鲁克林 Qunnect 公司的科学家们迈出了一大步，他们在纽约市的街道下运行了这样一个网络。虽然其他人之前已经传输过纠缠光子，但是光纤环境中的噪声和偏振漂移太多，纠缠无法存在，特别是在长期稳定的网络中。
Qunnect 联合创始人兼首席科学官 Mehdi Namazi 表示：“这正是我们的工作发挥作用的地方。”该团队的网络设计、方法和结果发表在PRX Quantum上。
对于他们的原型网络，Qunnect 的研究人员使用了一条租用的 34 公里长的光纤电路，他们称之为 GothamQ 环路。他们使用偏振纠缠光子，连续运行该环路 15 天，实现了 99.84% 的正常运行时间，纠缠光子对的补偿保真度达到 99% ，传输速率约为每秒 20,000 个。在每秒 50 万个纠缠光子对的情况下，保真度仍然接近 90%。
光子的偏振是其电场的方向。（在光的波动图中，这可能更容易理解。）您也许熟悉偏光太阳镜的现象，这种太阳镜是一种滤光镜，可以让一个偏振方向的光线通过，但阻挡其他方向的光线，从而减少水、雪和玻璃等反射的眩光。
偏振光子很有用，因为它们易于产生、易于操作（使用偏振滤光片）和易于测量。
近年来，偏振纠缠光子已被用于构建大规模量子中继器、分布式量子计算和分布式量子传感网络。
2022 年诺贝尔物理学奖的主题是量子纠缠，它是一种特殊的量子现象，在这种现象中，量子态内的粒子之间存在联系，有时是长距离联系，以至于测量一个粒子的属性会自动确定与其纠缠的其他粒子的属性。
在他们的设计中，波长为 1,324 纳米的红外光子与波长为 795 纳米的近红外光子纠缠在一起。后者的光子在波长和带宽上与铷原子系统兼容，例如用于量子存储器和量子处理器。研究发现，偏振漂移既依赖于波长也依赖于时间，因此需要 Qunnect 设计和制造用于在相同波长下进行主动补偿的设备。
为了产生这些纠缠的双色光子对，特定波长的耦合输入光束被发送通过富含铷-78 的蒸汽室，在那里它们激发了室内的铷原子，导致外层电子跃迁两次，从 5p 轨道跃迁到 6s 轨道。
从这种双重激发态有时会发射一个 1,324 nm 的光子，随后的电子衰变会产生另一个 795 nm 的光子。
他们通过光纤以量子叠加的方式发送了 1,324 nm 偏振纠缠光子对，其中一个状态的偏振方向均为水平，另一个状态的偏振方向均为垂直——这种双量子比特配置通常被称为贝尔态。在这种叠加中，量子力学光子对同时处于两种状态。
然而，在光缆中，这种光子系统更容易因振动、弯曲以及电缆内的压力和温度波动而导致偏振紊乱，因此可能需要频繁重新校准。由于这些类型的干扰几乎不可能检测和隔离，更不用说缓解了，因此 Qunnect 团队构建了自动偏振补偿 (APC) 设备以电子方式对其进行补偿。
通过将具有已知偏振的 1,324 nm 经典（非纠缠）光子对沿光纤发送，他们可以测量其偏振漂移或修改的程度。通过在布鲁克林和皇后区街道下的都市环路中将经典光子发送零次、一次、两次或三次，在四个传输距离处测量了偏振漂移：零、34、69 和 102 公里。然后他们使用 APC 来校正纠缠对的偏振。
Qunnect 的 GothamQ 环路演示尤其值得关注，因为它的持续时间、操作时间的免干预性质以及正常运行时间百分比。他们写道，它展示了“朝着量子互联网所需的完全自动化实用纠缠网络迈出的一步”。Namazi 说：“自从我们完成这项工作以来，我们已经将所有部件安装在机架上，因此它们可以在任何地方使用”——他们称之为 Qu-Val 的组合设备。
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