中國(guó)團(tuán)隊(duì)在量子中繼與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)新突破

中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)12日在英國(guó)《自然》雜志發(fā)表新論文介紹，他們成功在兩個(gè)由50公里長(zhǎng)光纖連接的量子存儲(chǔ)器間實(shí)現(xiàn)量子糾纏，為構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

這項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、濟(jì)南量子技術(shù)研究院以及中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所合作開(kāi)展。

團(tuán)隊(duì)表示，學(xué)術(shù)界廣泛采用的量子通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展路線是通過(guò)基于衛(wèi)星的自由空間信道實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，同時(shí)利用光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)城域及城際地面覆蓋。然而光子在光纖上的節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)，受限于光纖的固有衰減，目前最遠(yuǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地面安全通信距離僅為百公里量級(jí)。

研究負(fù)責(zé)人之一、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉教授告訴新華社記者：“要拓展量子通信的距離，一個(gè)方法是將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸改為分段傳輸，并采用量子中繼技術(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，即將整個(gè)通信線路分幾段，每段損耗都較小，再通過(guò)量子中繼器將這幾段連接起來(lái)，這使得構(gòu)建全量子網(wǎng)絡(luò)成為可能。”

然而，受限于光與原子糾纏亮度低等技術(shù)瓶頸，此前最遠(yuǎn)光纖量子中繼僅為公里量級(jí)。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子存儲(chǔ)器間的連接，團(tuán)隊(duì)克服了多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，他們自主研發(fā)了周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，通過(guò)非線性差頻過(guò)程，將存儲(chǔ)器的光波長(zhǎng)由近紅外轉(zhuǎn)換至通信波段，經(jīng)過(guò)50公里的光纖僅衰減至百分之一以上，效率相比之前提升了16個(gè)數(shù)量級(jí)。

實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合多項(xiàng)新技術(shù)，成功在兩個(gè)由50公里長(zhǎng)光纖連接的量子存儲(chǔ)器間實(shí)現(xiàn)雙節(jié)點(diǎn)的量子糾纏。這一距離足以用于連接兩座城市。

潘建偉說(shuō)：“作為原理性驗(yàn)證，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)量子存儲(chǔ)器是在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過(guò)50公里長(zhǎng)的光纖盤(pán)連接；下一步要在空間真正分離的系統(tǒng)中開(kāi)展研究，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。”