據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院5月5日消息，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉及其朋友彭承志、陳宇翱、印娟等近期借助“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在遠(yuǎn)距離的量子態(tài)傳輸方面取得重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)首次實(shí)現(xiàn)了月球上相距1200公里兩個(gè)地面站之間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸，向建立全球化量子信息處理和量子通訊網(wǎng)路邁出重要一步。
相關(guān)研究成果于4月26日在線發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上[128,(2022)]。據(jù)新華網(wǎng)報(bào)導(dǎo)，審稿人覺得，“這個(gè)實(shí)驗(yàn)比先前的實(shí)驗(yàn)更具挑戰(zhàn)性，克服了重大技術(shù)挑戰(zhàn)量子傳輸距離，對(duì)未來(lái)量子通訊應(yīng)用具有重要意義。”
2012年，潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)百余公里自由空間量子隱型傳態(tài)。10年后，她們成功實(shí)現(xiàn)突破，創(chuàng)造了1200公里地表量子態(tài)傳輸?shù)男率澜缂o(jì)錄。
遠(yuǎn)距離量子態(tài)傳輸（state,QST）一般可以借助量子隱型傳態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，是建立量子通訊網(wǎng)路的重要實(shí)現(xiàn)途徑之一，也是實(shí)現(xiàn)多種量子信息處理任務(wù)的必要元素。通過遠(yuǎn)距離量子糾纏分發(fā)的輔助，量子態(tài)可通過檢測(cè)之后再構(gòu)建的方法完成遠(yuǎn)距離的傳輸，傳輸距離在理論上可以是無(wú)窮遠(yuǎn)。但在實(shí)現(xiàn)中，量子糾纏分發(fā)的距離和品質(zhì)會(huì)遭到信道耗損、消相干等誘因的影響，怎么不斷突破傳輸距離的限制，仍然是該領(lǐng)域的重要研究目標(biāo)之一。
借助星載糾纏源向遙遠(yuǎn)的兩地先進(jìn)行糾纏分發(fā)，再進(jìn)行量子態(tài)的制備與構(gòu)建，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子態(tài)傳輸?shù)淖羁赡苈窂街弧５牵驗(yàn)榇髿馕闪鞯挠绊?strong>量子傳輸距離，光子在大氣信道中傳播后，實(shí)現(xiàn)基于量子干涉的量子態(tài)檢測(cè)是十分困難的。在往年的實(shí)驗(yàn)中，量子態(tài)傳輸?shù)闹苽浞蕉际橇孔蛹m纏源的擁有者，難以真正意義上由第三方提供糾纏來(lái)實(shí)現(xiàn)先分發(fā)后傳態(tài)的量子態(tài)傳輸。2016年，隨著“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的成功發(fā)射，研究團(tuán)隊(duì)首先實(shí)現(xiàn)了千公里的雙站糾纏分發(fā)[,1140(2017)]，“墨子號(hào)”平臺(tái)為量子通訊實(shí)驗(yàn)提供了寶貴的糾纏分發(fā)資源。
圖1千公里量子態(tài)傳輸
為了克服遠(yuǎn)距離紊流大氣傳輸后的量子光干涉困局，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)借助光學(xué)一體化粘接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有超高穩(wěn)定性的光干涉儀，無(wú)需主動(dòng)閉環(huán)即可常年穩(wěn)定。借助該技術(shù)突破，結(jié)合基于雙光子路徑-偏振光混和糾纏態(tài)的量子隱型傳態(tài)方案，在四川拉薩站和伊寧地面站之間完成了遠(yuǎn)程量子態(tài)的傳輸驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中對(duì)六種典型的量子態(tài)進(jìn)行了驗(yàn)證，傳送保真度均趕超了精典極限。千公里的距離為目前地表量子態(tài)傳輸?shù)男录o(jì)錄。該工作為未來(lái)建立全球化的量子信息處理網(wǎng)路奠定了重要基礎(chǔ)。
中國(guó)農(nóng)大博士后李波和曹原副研究員是該工作的共同第一作者。該工作得到了中科院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、安徽省、上海市等的支持。