記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組首次實(shí)現(xiàn)多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路，展現(xiàn)了多模式復(fù)用的量子通信加速效果，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)器的量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了全新的實(shí)現(xiàn)方案。6月2日《自然》期刊發(fā)表了該成果。

遠(yuǎn)程量子糾纏傳輸是構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心任務(wù)。然而，受限于光子數(shù)在光纖中的指數(shù)衰減，地面直接傳輸距離被限制在百公里水平。通過光纖向距離1000公里外的地方每秒發(fā)射100億個(gè)光子，要花300年才能接收到一個(gè)光子。為此科學(xué)家們提出量子中繼的思想，即將遠(yuǎn)距離傳輸劃分為若干短距離基本鏈路，先在基本鏈路的兩個(gè)臨近節(jié)點(diǎn)間建立可預(yù)報(bào)的量子糾纏，然后通過糾纏交換技術(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，從而逐步擴(kuò)大量子糾纏的距離。

量子存儲(chǔ)器是量子中繼的核心器件，用于儲(chǔ)存光子糾纏態(tài)，待相鄰存儲(chǔ)器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。在基于吸收型量子存儲(chǔ)器的量子中繼架構(gòu)中，量子光源是與量子存儲(chǔ)器相獨(dú)立的，所以這種架構(gòu)可以同時(shí)兼容確定性量子光源以及多模式復(fù)用，是目前理論上傳輸速率最快的量子中繼方案。

經(jīng)過三年多的不懈努力，課題組成功使用吸收型量子存儲(chǔ)器演示了量子中繼的基本鏈路。一個(gè)基本鏈路由兩個(gè)分離的量子節(jié)點(diǎn)，以及中間站點(diǎn)貝爾態(tài)測(cè)量裝置組成。每個(gè)量子節(jié)點(diǎn)中除了“牛郎”“織女”量子存儲(chǔ)器之外，還各有一個(gè)糾纏光子對(duì)。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)糾纏光子對(duì)中的一個(gè)光子被量子存儲(chǔ)器捕獲并存儲(chǔ)，每個(gè)糾纏光子對(duì)的另一個(gè)光子通過光纖同時(shí)傳輸至中間站點(diǎn)“鵲橋”進(jìn)行貝爾態(tài)測(cè)量，測(cè)量的過程就是糾纏建立的過程。因此，“牛郎”和“織女”借助“鵲橋”可以在沒見面的情況下成功建立糾纏。

審稿人對(duì)該工作給予了高度評(píng)價(jià)：“這個(gè)工作是對(duì)量子中繼器基本鏈路的一個(gè)非常直接和清晰的演示……這是一項(xiàng)重要的成就，將為接下來的研究奠定基礎(chǔ)。”

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