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原创丨彤心未泯（学研汇 技术中心）

编辑丨风云

量子纠缠是当前开发的量子技术的关键资源。在超导微波电路和光学或原子系统之间共享这种脆弱的特性将能够实现新的功能，但这受到>10⁴的能级失配以及由此产生的相互强加的损耗和噪声的阻碍。

有鉴于此，奥地利科学技术学院J. M. Fink等人在毫开尔文环境中创建并验证了微波场和光场之间的纠缠。使用光脉冲超导电光设备，展示了连续可变域中传播的微波和光场之间的纠缠。这一成就不仅为超导电路和电信波长光之间的纠缠铺平了道路，而且在模块化、缩放、传感和跨平台验证的背景下对混合量子网络具有广泛的影响。

理论要点和实验装置

使用超低噪声腔电光设备在连续可变域中生成并验证了微波场和光场之间的纠缠。设备由一个直径为5毫米、厚度为150毫米的铌酸锂光学谐振器组成，该谐振器放置在温度为7 mK的超导铝微波腔内。微波模式â_e通过Pockels应电光耦合到w_o/2≈193.46 THz的共域光学耳语廊模式。将微波共振频率 w_e/2的调谐到 8.799 GHz 的光学自由光谱范围(FSR)，以实现具有相互作用哈密顿量的三重共振系统。尽管需要高功率光泵，但由于这种毫米大小的设备加热缓慢，因此在脉冲状态下实现了纠缠产生所需的超低噪声操作。

图  物理和概念模式配置

建立非经典相关性

使用连续变量表征微波和光输出场，纠缠确定性地建立在两个传播玻色子模式的正交之间，并通过基于所有收集数据的测量正交方差进行验证。两个、振荡器之间的长期相位稳定性是通过在每个纠缠脉冲后 1 ms 施加的第二个相位对齐泵脉冲以及相干谐振微波脉冲提取相对相位漂移来实现的，通过受激参数下变频生成了高信噪比的相干光信号，并允许在每个单独的测量中进行相位对齐。通过实验分析，作者认为在纠缠脉冲期间，量子噪声主导固有微波热噪声，这是微波光学纠缠产生的先决条件。

图  测量序列和噪声功率

双模式压缩状态

非零非对角线元素表明微波和光学正交之间存在很强的相关性。为了验证量子相关性，双模压缩正交根据准概率维格纳函数更直观地可视化。来自相同正交边际显示出高于来自SPDC的真空噪声的不相关热噪声。作者展示了微波和光输出场之间的双模式压缩量，测得的微波光学相关性和洛伦兹拟合略低于理论预测，将其归因于相稳定性的剩余缺陷。测得的双模压缩表示巡回微波-光学纠缠态，对数负性为EN=0.17。

图  双模式压缩状态的表征

参考文献：

R. SAHU, et al. Entangling microwaves with light. Science, 2023, 380(6646): 718-721

DOI: 10.1126/science.adg3812

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg3812