新方法实现不同波长硅空位中心的量子纠缠

量子网络是一种能够通过光网络实现防篡改通信的技术。具有硅空位中心的合成钻石芯片是量子网络的有前途的技术，因为它们是天然的光发射体，且体积小、固态，相对容易大规模制造。但它们有一个严重缺点：倾向于发射不同频率的光，这使得量子信息交换变得困难。

去年，某中心量子计算中心的研究人员与哈佛大学、汉堡大学、汉堡超快成像中心和耶路撒冷希伯来大学的同事合作，展示了一种有望克服这一缺点的技术。他们将在《物理评论快报》上发表题为"可区分量子发射体的光学纠缠"的论文。

量子网络的基础

量子网络技术允许通过光纤使用单光子发送量子比特。最初的兴趣在于通过在这些用户之间发送量子比特，可以以安全的方式生成加密密钥。

随着通过这些网络获得更高的带宽和吞吐量，可以实现更强大的功能。例如，如果某机构拥有量子计算机，而用户没有，用户可能希望在机构的量子计算机上运行计算，但不想透露使用的数据或运行的程序。

如果计算机能够连接到量子网络，用户实际上可以发送程序和数据，让机构执行它们，并保证没有人查看用户正在进行的任何操作。

当前硅空位中心的问题在于它们不如人们使用的其他量子网络硬件那样统一。在一个大型网络中，希望这些中心之间能够通过光进行通信。

硅空位中心（实际上是晶体中的大多数缺陷中心）的一个问题是，一个硅原子发射的光波长不一定与另一个缺陷能够接收的波长相同，这使得匹配不同的位变得困难。

研究人员开发的方法基于90年代的一个思想实验——Elitzur-Vaidman炸弹测试器。该方法不是让光走两条不同的路径，而是在频率上分裂光。可以构建一个干涉仪，其中光不是走两条路径，而是变成两种不同的频率，然后在中心重新组合。

有两个空位中心，根据它们的状态，它们将阻挡光或让光通过。在这两个频率上发送光，然后将其组合。

如果两个空位都让光通过，那么两条路径会干涉，在组合频率上没有光出来。如果两个空位都阻挡光，在组合频率上也没有光出来。但如果一个让光通过，一个阻挡光，那么在中心频率上就会有光出来。

如果在该组合频率上获得光，就知道一个在阻挡，一个没有阻挡——但不知道哪个是哪个。这个过程在两个空位之间产生量子纠缠。

对于单量子比特，如果测量它们，通常会改变它们。因此，如果有窃听者，他们将改变发送的比特。可以通过比较信息的统计特征来检测是否存在中间人攻击。只要这个数字高于阈值，就知道对方没有作弊，信息是安全的。