據中國科學技術學院5月5日消息，中國科學技術學院潘建偉及其朋友彭承志、陳宇翱、印娟等近期借助“墨子號”量子科學實驗衛星在遠距離的量子態傳輸方面取得重要實驗進展。該實驗首次實現了月球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸，向建立全球化量子信息處理和量子通訊網路邁出重要一步。
相關研究成果于4月26日在線發表在國際著名學術刊物《物理評論快報》上[128,(2022)]。據新華網報導，審稿人覺得，“這個實驗比先前的實驗更具挑戰性，克服了重大技術挑戰量子傳輸距離，對未來量子通訊應用具有重要意義。”
2012年，潘建偉團隊在國際上首次實現百余公里自由空間量子隱型傳態。10年后，她們成功實現突破，創造了1200公里地表量子態傳輸的新世界紀錄。
遠距離量子態傳輸（state,QST）一般可以借助量子隱型傳態來實現，是建立量子通訊網路的重要實現途徑之一，也是實現多種量子信息處理任務的必要元素。通過遠距離量子糾纏分發的輔助，量子態可通過檢測之后再構建的方法完成遠距離的傳輸，傳輸距離在理論上可以是無窮遠。但在實現中，量子糾纏分發的距離和品質會遭到信道耗損、消相干等誘因的影響，怎么不斷突破傳輸距離的限制，仍然是該領域的重要研究目標之一。
借助星載糾纏源向遙遠的兩地先進行糾纏分發，再進行量子態的制備與構建，是實現遠距離量子態傳輸的最可能路徑之一。但是，因為大氣紊流的影響量子傳輸距離，光子在大氣信道中傳播后，實現基于量子干涉的量子態檢測是十分困難的。在往年的實驗中，量子態傳輸的制備方都是量子糾纏源的擁有者，難以真正意義上由第三方提供糾纏來實現先分發后傳態的量子態傳輸。2016年，隨著“墨子號”量子科學實驗衛星的成功發射，研究團隊首先實現了千公里的雙站糾纏分發[,1140(2017)]，“墨子號”平臺為量子通訊實驗提供了寶貴的糾纏分發資源。
圖1千公里量子態傳輸
為了克服遠距離紊流大氣傳輸后的量子光干涉困局，實驗團隊借助光學一體化粘接技術實現了具有超高穩定性的光干涉儀，無需主動閉環即可常年穩定。借助該技術突破，結合基于雙光子路徑-偏振光混和糾纏態的量子隱型傳態方案，在四川拉薩站和伊寧地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證。實驗中對六種典型的量子態進行了驗證，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傳輸的新紀錄。該工作為未來建立全球化的量子信息處理網路奠定了重要基礎。
中國農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、國家自然科學基金委、科技部、安徽省、上海市等的支持。