全球首次！使用冷卻原子量子存儲器的光纖通信
導讀
成功證實了冷卻原子量子存儲器與光纖通信波帶的光子可構成量子網路。
可利用波長轉換器的偏振無關化填充波長間隙。
有望實現能經受得起通過量子計算機施加的黑客攻擊考驗的長距離安全通信
日本大阪大學研究生院基礎工學研究科副教授山本俊和助教生田力三的研發小組，與大阪大學名譽教授井元信之、NTT 物性科學基礎研究所主任研究員向井哲哉、NICT 未來 ICT 研究所主任研究員三木茂人、以及東京大學研究生院工學系研究科教授小蘆雅斗等全球首次成功地驗證了，由冷卻原子構成的量子存儲器與光纖網路能夠構成可通信波段光子的量子網路。
研發小組通過實驗證實，在利用量子的奇異特性的狀態下，通過新開發的波長轉換器，將光子的波長轉換為光纖通信波長，就能在由冷卻原子構成的量子存儲器與光纖通信波長的光子之間形成量子網路。利用光纖連接起這種嶄新的量子網路，可在遠程原子存儲器之間形成量子網路，並利用該網路實現遠距離安全通信。
此次的研究成果已於5月21日（周一）發布在英國科學雜誌《自然通訊》（Nature Communications）上。
研發小組通過使此前開發的單一光子波長轉換器與光干涉儀實現一體化，開發出了在不改變光子偏振狀態的情況下，將波長轉換為通信波段的 「偏振無關型波長轉換器」，由此在全球首次實現了冷卻原子量子存儲器與通信波長光子構成的量子網路。為實現這種量子網路，研發小組利用 NTT 物性科學基礎研究所的冷卻Rb原子阱技術，在大阪大學製造了冷卻原子量子存儲器，通過在存儲器中嵌入新開發的偏振無關型波長轉換器，將生成的短波長光子 (780nm) 轉換成了通信波段 (1550nm波段)。
冷卻原子量子存儲器與光通信波段光子的量子狀態，是否具備名為 「量子糾纏」 的量子力學特性，是構成量子網路的重要證據。利用 NICT 未來 ICT 研究所開發的超導光子檢測器 (SSPD)，可在極低噪音下檢測通信波長光子。研發小組利用該儀器對觀測數據進行了分析，確認了它們具備 「量子糾纏」 特性。由此確定冷卻原子量子存儲器與通信波段光子形成了量子網路的一個節點，具有經由光纖實現長距離通信的可能性。
此次的研究成果展示了一條實現量子中繼的新道路，而量子中繼可以實現量子網路的遠程化。可以說，具有抵禦利用量子計算機實施的黑客攻擊能力的、新一代量子密碼安全通信又向遠程化邁出了一步。
文 客觀日本編輯部
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