冷原子系综作为分布式单原子阵列网络的量子天线

光学镊子阵列中的单中性原子为实现局域节点的高保真度量子计算提供了前景广阔的平台。然而,由于原子-光子耦合作用固有微弱性,在分布式量子网络中实现远程节点间的纠缠态制备仍具挑战性。该研究团队提出一种新型分布式量子网络架构:利用具有强原子-光子相互作用特性的冷原子系综作为“量子天线”,在单原子量子比特与飞行光子之间建立高效接口,实现原子-光子纠缠态制备——其功能类似于经典通信系统中的天线。基于实际实验参数估算,该方案可实现η≃0.548的原子-光子纠缠制备效率、PE≃6%的原子-原子纠缠制备成功率,以及16.6 kHz的远程纠缠产生速率。该性能不仅超越现有基于光学微腔或高数值孔径透镜的先进方案,更在系统简洁性、可调谐性和实验可行性方面具有显著优势。该架构同时集成了长寿命量子存储器,为量子中继器设计提供了存储优势。通过协同发挥单原子量子比特的局域操作优势与冷原子系综的网络化特性,该方案为可扩展分布式量子计算与量子传感技术发展开辟了新路径。

量科快讯