每个离子量子比特一个接一个地被移动到一个光腔中，反射镜有效地收集发射的光子。每个光子都与其离子-量子比特纠缠在一起，形成深层量子链接。[图片：因斯布鲁克大学/HaraldRitsch]

每个通信网络都由节点组成，未来的量子网络也不例外。奥地利的研究人员开发了一种使用10个“离子量子比特”的量子节点，即与捕获的钙离子纠缠在一起的光子。

在这项新技术中，电捕获的离子对量子比特进行编码，当离子依次移动到光腔的焦点中时，每个离子都会发射一个光子，该光子仍然与离子-量子比特对纠缠在一起（Phys.Rev.Lett.，doi：10.1103/v5k1-whwz）。研究人员认为，他们的方法可以扩展到更大的应用，例如量子传感阵列和链接的光学原子钟。

实验系统

为了构建他们的概念验证设备，BenLanyon、MarcoCanteri和他们在因斯布鲁克大学的同事利用了40Ca离子，这是许多其他量子计算设置中使用的物质。具体来说，他们使用了49μm长的10根字符串+40线性保罗陷阱中的卡原子，具有用于光子收集的集成光学腔。+

在45分钟内完成的54,000个序列的结果表明，纠缠的离子和光子对保持了92%的保真度。

在实验中，10原子串被送入腔场的焦点。每个离子一次一个地与一个854nm的光子纠缠在一起。393nm拉曼激光脉冲驱动这一事件，称为双色腔介导的拉曼跃迁。腔的854nm驻波与离子序列成85.9度角。光子从腔中进入光纤，在那里仔细测量它们的偏振。

可扩展且稳健的方法

在每个离子产生纠缠光子并继续移动后，原子返回其初始位置进行离子-量子比特测量。在45分钟内完成的54,000个序列的结果表明，纠缠的离子和光子对保持了92%的保真度，表明该方法对于跨实验室或城市之间的更复杂的量子网络来说足够稳健。

“这项技术的主要优势之一是它的可扩展性，”Lanyon说。“虽然早期的实验只能将两个或三个离子量子比特连接到单个光子，但因斯布鲁克的设置可以扩展到更大的寄存器，可能包含数百个或更多离子。”

研究人员表示，下一步重要的是将他们的方法与延长离子-量子比特相干时间的技术相结合，以稳定光子生成效率。这将有助于建立远程纠缠，这需要多次重复尝试。

原作者：PatriciaDaukantas