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記者2日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊在量子存儲和量子中繼領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組利用固態(tài)量子存儲器和外置糾纏光源，首次實(shí)現(xiàn)兩個吸收型量子存儲器之間的可預(yù)報量子糾纏，演示了多模式量子中繼，為量子世界“牛郎”和“織女”架了一座“鵲橋”。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。

這一研究成果2日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上。

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)。因受限于光子數(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。

據(jù)介紹，通過光纖向距離一千公里外的地方每秒發(fā)射一百億個光子，要花三百年才能接收到一個光子。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，然后通過糾纏交換技術(shù)進(jìn)行級聯(lián)，從而逐步擴(kuò)大量子糾纏的距離。

量子中繼的核心器件是量子存儲器。此前，研究者已在冷原子氣體和單量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)量子中繼的基本鏈路，但均采用發(fā)射型量子存儲器，因兼容性較差，難以同時滿足確定性量子光源及多模式復(fù)用這兩個量子中繼中關(guān)鍵的通信加速技術(shù)。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組在基于吸收型量子存儲器的量子中繼架構(gòu)中，量子光源是與量子存儲器相獨(dú)立，可以同時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最快的量子中繼方案。

經(jīng)過三年多的不懈努力，研究組成功使用吸收型量子存儲器演示了量子中繼的基本鏈路。每個量子節(jié)點(diǎn)中除了“牛郎”“織女”量子存儲器之外，還各有一個糾纏光子對。

實(shí)驗(yàn)中，每個糾纏光子對中的一個光子被量子存儲器捕獲并存儲，每個糾纏光子對的另一個光子通過光纖同時傳輸至中間站點(diǎn)“鵲橋”，隨后“牛郎”和“織女”借助“鵲橋”可以在沒見面的情況下成功建立糾纏。

周宗權(quán)副教授表示：“利用吸收型量子存儲器有望在未來實(shí)現(xiàn)高效率的量子中繼和量子網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步推動量子世界里‘牛郎與織女’的順利通信?！?/p>

李傳鋒教授說：“下一步，研究組將繼續(xù)提高量子存儲器的各項指標(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。”(記者吳蘭)