中国科大实现跨节点散粒噪声极限相位锁定

IT时代网10月17日消息，

中国科学技术大学潘建伟、张强等与济南量子技术研究院陈玖朋等合作，提出一种多波长联合相位锁定架构，并结合贝叶斯相位估计，实现了跨节点、达到散粒噪声极限的高精度相位锁定，为可扩展量子网络节点的远程互连提供了关键技术支撑，相关成果于 10 月 14 日发表于《物理评论快报》。

在构建远程量子纠缠时，基于散射光子的单光子干涉方案只需探测单个光子，就能消除路径可分辨性并建立纠缠，相比需要两个光子符合测量的方案更能抵抗信道损耗。但这一路线的核心瓶颈在于跨节点的高精度相位锁定：散射光子会继承操控激光、变频泵浦光以及长光纤一路累积的复合相位，必须对整个链路统一追踪；而用于追踪相位的参考光必须非常弱，否则会干扰量子存储态，光越弱光子到达的随机涨落越明显，这种散粒噪声会限制相位估计的速度和精度。

团队基于两个远程单离子节点，搭建了时分-波分多波长联合相位演化追踪架构，并发展了实时贝叶斯相位估计技术。在时间上，团队让 729 nm 与 854 nm 操控光通过和频产生 393 nm 参考光脉冲，与离子散射光交替发射，参考光复用操控光的初相位，经历相同的传输信道，并在 527 nm 泵浦下进行量子频率转换转到 1550 nm 通信波段，从而原位追踪整个系统的复合相位演化；在频率上，引入一束失谐约 2 nm 的 1548 nm 连续弱参考光，实时捕捉并补偿光纤链路的快速抖动。针对微弱参考光带来的统计涨落，团队用 FPGA 实时运行贝叶斯估计，使动态相位解调精度达到散粒噪声极限。

基于上述突破，系统在极低参考光强下实现了 10 公里与 100 公里光纤链路上的跨节点高精度相位锁定，远程单光子干涉可见度均保持在 97% 以上，纠缠宇称对比度超过 85%。中国科学技术大学博士生刘光成、薛潮辉和济南量子技术研究院陈法喜研究员是该论文的共同第一作者。

编辑：林一舟