UNIST将量子纠缠“锁进黑暗”，寿命提升600倍

韩国研究团队成功在实验中实现了此前仅停留在理论层面的“暗态（dark state）”基础自发量子纠缠。

暗态中的纠缠具有对外部干扰不敏感、寿命长等特点，有望为量子存储器、量子传感器等下一代量子技术开发提供助力。

蔚山科学技术院（UNIST）物理学系 Kim Jehyung 教授团队与韩国标准科学研究院（KRISS） Lee Changhyup 博士、韩国科学技术研究院（KIST） Song Jindong 博士合作，于4日表示，他们成功在实验上诱导出与明态（bright state）相比寿命延长约600倍的、基于暗态的集体量子纠缠。

研究团队成员包括 UNIST 教授 Kim Jehyung、第一作者 UNIST 博士 Kim Gyuyoung、韩国标准科学研究院博士 Lee Changhyup、KIST 博士 Song Jindong。UNIST 提供

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在彼此不可区分的大量量子结构之间产生的量子纠缠可表现为暗态和明态，其中暗态几乎不向外辐射光，因此纠缠能够长时间保持。这种保护纠缠的特性对量子信息的存储和传输至关重要，但暗态的制备和维持一直十分困难。

研究团队利用可调节损耗率的纳米光学谐振腔，通过在量子点与谐振腔之间的耦合强度和谐振腔损耗值之间实现平衡的方式，诱导出暗态。

第一作者 Kim Gyuyoung 博士表示：“如果谐振腔损耗过大，量子点之间就不会互相影响，而是各自独立演化；相反，如果只有耦合强度很大，则会在外部激励作用下形成被强制的集体纠缠。”

在暗态下，量子点之间纠缠的寿命被延长到最长36纳秒（ns）。这一数值约为明态寿命62皮秒（ps）的600倍。

研究团队还观测到了双光子发射现象，作为暗态形成的实验性证据。暗态通常几乎不发生光子发射，但当两个及以上量子点发生纠缠时，在特定条件下会出现两光子同时发出的非经典集体辐射。

由两个量子点形成的暗态及双光子发射示意图。

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Kim Jehyung 教授表示：“本研究通过实验实现了此前仅存在于理论中的暗态纠缠，展示了只要合理设计损耗，反而可以更长时间地维持纠缠的可能性”，“有望为量子信息存储、精密量子传感器以及量子基础能源收集（energy harvesting）等技术开发提供帮助。”

研究成果已于7月9日以在线快报形式发表在国际知名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。

本研究得到韩国研究财团中坚研究者项目、量子技术研发先导项目、信息通信企划评价院数字创新技术国际共同研究项目等的资助与支持。

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