量子信息科学中的一大挑战是量子态在远距离超导系统间的传输。最常用的方法是在微波和光学光子之间进行转换，前者进行本地计算，后者作为“飞行光子”传输量子信息。但这种转换无法同时实现高效和低噪，因为前者需要强耦合而后者需要弱耦合，而且需要从微波到光和从光到微波两个步骤。

麻省理工、哈佛等学校的研究人员近日提出一种通过探测单个光学光子作为预报信息，直接实现微波与微波纠缠的量子态传输方法。在非线性介质中，红移的泵浦可以把微波光子转变成光学光子，而蓝移的泵浦，或者红移的泵浦作用在初始有一个微波光子的微波腔中，可以产生一对微波和光学光子。在接收侧对可能来自两个超导系统的光学光子擦除路径信息并测量，如果测到一个光子，这两个系统的微波光子就被制备在了贝尔态上。用此法按需传态，在低耦合效率下也能比退相干更快地完成微波贝尔态的预报和蒸馏，从而可以降低噪声。他们发现按典型的硬件参数计算，纠缠对能够以99%纠缠保真度按超过100kHz的速率产生，泵浦泄漏对制冷机的加热功率仅为0.1mW，做纠缠纯化后保真度可达99.9%。但这种简单的方案受耦合的限制，在纠缠速率最大时会丢失一半预报光子，可能需要用两个腔分别做泵浦和预报来提高成功率。

这种方法简化了量子态传输的步骤，有望又快又好地实现单光子预报的单步纠缠，并且能够工作在制冷机的1K温区，可以用在未来多个量子系统，如超导、离子阱、色心等之间的通信上。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2012.13408v1