（觀察者網(wǎng)訊）據(jù)觀察者網(wǎng)從中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院量子化學(xué)與量子信息研究部網(wǎng)站據(jù)悉，中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長潘建偉及其朋友陳宇翱、徐飛虎等在國際上首次實驗實現(xiàn)全光量子中繼器的原理性驗證，為建立遠距離光纖量子網(wǎng)路開辟了新途徑。該成果于近期在國際學(xué)術(shù)權(quán)威刊物《自然·光子學(xué)》上在線發(fā)表。
在遠距離量子通訊的過程中，信道傳遞的量子態(tài)常常隨著通訊距離的降低而指數(shù)降低，這極大地限制了量子通訊的有效傳輸距離。怎樣實現(xiàn)遠距離量子通訊仍然以來都是國際研究的熱點。目前主要有兩種解決方案。其二是在幾乎真空，量子訊號耗損極小的外太空，借助衛(wèi)星擴充量子通訊距離；我國于2016年成功發(fā)射了國際首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，成功驗證了這一方案的可行性。其一是在光纖網(wǎng)路中使用量子中繼器，將一段長距離光纖信道分割成多段距離比較短的信道，促使量子訊號不再隨距離的降低而指數(shù)衰減，因而擴充量子通訊距離。
鑒于量子中繼器的重要科學(xué)和應(yīng)用價值，國際上關(guān)于量子中繼器研究的競爭十分激烈。傳統(tǒng)量子中繼器須要基于糾纏交換、糾纏純化、量子儲存三個必不可少的技術(shù)。但是，目前的量子儲存性能有限，實現(xiàn)實用化量子中繼器還需假以時日。全光量子中繼方案在理論上可以實現(xiàn)無需量子儲存的量子中繼器，為借助量子中繼器實現(xiàn)遠距離光纖量子通訊網(wǎng)路提供了另一種原則上可行的方案。
實驗裝置圖
在該項工作中，研究團隊首先對原始的全光量子中繼方案進行改進，設(shè)計了實驗可行的方案。在該方案中量子傳輸速率，研究團隊使用了光子GHZ態(tài)和后選擇貝爾檢測來實現(xiàn)不同信道間光子對的任意聯(lián)接，進而有效地提高量子信道中糾纏態(tài)的分發(fā)成功機率。之后，研究團隊借助六個獨立的熱阻下轉(zhuǎn)換雙光子糾纏源量子傳輸速率，在實驗上成功地搭建了一個基于十二光子的全光量子中繼器，測試了該量子中繼器的各方面性能，并在實驗上驗證了其相比于糾纏交換方案的優(yōu)勢。實驗結(jié)果顯示，全光量子中繼器可以有效提高量子態(tài)的傳輸速度，因而拓展量子通訊的傳輸距離。
該項工作成功驗證了全光量子中繼器的可行性，在原理上促使量子儲存器不再是搭建量子中繼器的必要條件，為實用化量子中繼器的研究開辟了新途徑。