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本周Nature封面故事 2020年2月13日刊

封面圖片:松迪科技(北京)有限公司

封面故事

擁有谷邊界模式的電泵浦拓撲雷射器

電驅動的半導體雷射器是最常見的雷射類型之一,日常應用十分廣泛,從光纖通信到雷射列印和雷射條碼掃描器,皆可見其身影。不過,這些雷射器的性能會受到半導體缺陷的影響,這種缺陷是指製造和包裝過程中引入的損壞或瑕疵。在本期《自然》中,王岐捷、Yidong Chong和張柏樂等人演示了一種基於量子級聯雷射器的太赫茲雷射器,或許能利用光的拓撲性質解決上述問題。他們在取向不同的兩個光子晶格間創造了一個三角界面(如封面所示),由此得到了能釋放太赫茲異塵餘生的拓撲邊界態——即使仍有一些鋒利的角和缺陷存在。由於這種雷射器由電驅動,或能為拓撲系統的實際應用開辟出一條道路。

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論文:Electrically pumped topological laser with valley edge modes

量子記憶體的遠距離糾纏

《自然》發表的一項研究演示了兩個相距50公里的量子記憶體的糾纏。這個距離比之前報導的距離要遠得多,或為實現多節點、遠距離糾纏鋪平了道路,有助於量子互聯網的開發。

量子通信需要傳輸糾纏粒子。遠距離糾纏在過去二十年中取得了顯著的進展,要實現遠距離糾纏,需要讓糾纏光子在光纖上的節點之間傳輸或通過衛星傳輸;但是,嚴重的傳輸損耗限制了光子分發的成功率。而對應普通計算機記憶體的量子記憶體,其糾纏也一直無法超越1.3公里的距離,意味著現有系統可能不具有拓展性。

中國科學技術大學的潘建偉、包小輝和同事利用一種名為腔增強的量子效應來製備糾纏原子和光子,這種效應可以減少傳輸期間丟失的光子耦合。他們再將這些糾纏原子和光子轉換為適合於電信傳輸的頻率,最後在兩個由50公里長光纖連接的節點之間實現了糾纏——這一距離足以連接兩座城市。研究結果表明,與糾纏光子相比,多節點之間的原子–光子糾纏可能更適合量子糾纏的遠距離傳輸。

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論文:Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres

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