量子网络是目前的研究热点之一，它包含处理量子信息的节点和传输量子信息的信道。量子网络的连通性和可扩展性很大程度上取决于信息从信道光子加载到节点量子比特上的效率。在三维自由空间中，由于模式失配，很难实现光子与量子比特的强耦合，在一维尺度上要容易一些。研究人员已经实现了量子比特从一维谐振腔加载信息，把腔换成开放传输线则仍然没有做到实时的确定性加载。

近日，来自台湾的研究人员演示了弱相干态的光子可以有效地加载到一维半无穷自由空间中的超导transmon量子比特上。相干态光子数远小于1，波形尝试了指数上升、指数下降、方波和高斯这几种，发现频率与量子比特共振时，指数上升的入射波形由于和反射的指数下降波形相消干涉，可以完美地消除反射，加载效率最高可达94%，比方波高12%。用该波形加载Fock态光子的效率高达98.5%，这是因为相位退相干对相干态的影响比对Fock态更大。在对微波光子进行相位整形时，交替地加两种相位的相干场，即可以通过控制两种相干场的相位差θ和周期数调节加载的比率。

该工作实现了确定性且高效率的向量子比特加载微波光子，并能够对波光子实现相位整形，有望应用于基于波导量子电动力学的确定性量子网络，进一步可以通过改变边界条件或者量子比特频率，利用量子比特和波导的可调耦合，实现加载的光子的存储。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2012.15084v1