常河2021年06月03日08:03 | 來(lái)源：光明日?qǐng)?bào)

小字號(hào)原標(biāo)題：我科學(xué)家..實(shí)現(xiàn)多模式量子中繼

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組..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。《自然》期刊發(fā)表了該成果。

“通過(guò)光纖向距離一千公里外的地方每秒發(fā)射一百億個(gè)光子，要花三百年才能接收到一個(gè)光子?！崩顐麂h介紹，“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。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(guò)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。李傳鋒、周宗權(quán)研究組長(zhǎng)期從事基于稀土摻雜晶體的吸收型量子存儲(chǔ)器的研究。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.快的量子中繼方案。

經(jīng)過(guò)3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(guò)光纖同時(shí)傳輸至中間站點(diǎn)進(jìn)行貝爾態(tài)測(cè)量，測(cè)量的過(guò)程就是糾纏建立的過(guò)程。

論文共同..作者劉肖及胡軍說(shuō)：“我們成功演示了4個(gè)時(shí)間模式的并行復(fù)用，獲得了4倍加速的糾纏分發(fā)速率，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)貝爾態(tài)測(cè)量預(yù)報(bào)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的糾纏保真度超過(guò)80%。”

《自然》期刊審稿人對(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(lái)的研究奠定基礎(chǔ)?！薄斑@個(gè)實(shí)驗(yàn)在量子中繼應(yīng)用中具有一系列的優(yōu)勢(shì)，比如多模式復(fù)用?！?

研究組表示，下一步，將繼續(xù)提高量子存儲(chǔ)器的各項(xiàng)指標(biāo)，并采用確定性糾纏光源，從而大幅提高糾纏分發(fā)的速率，努力實(shí)現(xiàn)超越光纖直接傳輸?shù)膶?shí)用化量子中繼器。

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