理論或正走向現(xiàn)實(shí)！中國科大取得可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)突破

來源：新華社

記者：戴威、何曦悅

記者2月6日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中科大潘建偉、汪野、包小輝、張強(qiáng)、萬雍等人和多位業(yè)內(nèi)專家合作，在可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)研究方面取得重大突破：他們在國際上首次構(gòu)建出可擴(kuò)展量子中繼的基本模塊，使遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)可能；與此同時(shí)，他們實(shí)現(xiàn)單原子節(jié)點(diǎn)間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏，并在此基礎(chǔ)上首次將器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)的傳輸距離突破百公里。相關(guān)成果2月6日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》和《科學(xué)》。

中國科大實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子中繼核心組件與百公里器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)

圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

量子信息科學(xué)的終極目標(biāo)是構(gòu)建高效、安全的量子網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的基本要素是遠(yuǎn)距離確定性量子糾纏分發(fā)。基于量子糾纏，不僅可通過量子密鑰分發(fā)實(shí)現(xiàn)經(jīng)典信息的安全傳輸，還可通過量子隱形傳態(tài)為量子計(jì)算機(jī)與用戶之間量子信息的交互提供唯一有效途徑。

光纖的固有損耗導(dǎo)致量子糾纏的傳輸效率隨距離成指數(shù)衰減，是構(gòu)建可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)面臨的最大挑戰(zhàn)。

量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案。利用該方案在光纖中進(jìn)行距離為1000公里的糾纏分發(fā)，比直接在光纖中傳輸?shù)男蕦⑻嵘?00億億倍。然而，以往量子糾纏壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于產(chǎn)生糾纏所需時(shí)間，因此無法實(shí)現(xiàn)糾纏有效連接，制約了量子中繼的可擴(kuò)展性。

針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展長壽命囚禁離子量子存儲(chǔ)器、高效率離子-光子通信接口及高保真度單光子糾纏協(xié)議，首次實(shí)現(xiàn)長壽命量子糾纏，糾纏壽命顯著超過糾纏建立所需的時(shí)間，成功構(gòu)建可擴(kuò)展量子中繼的基本模塊，使遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)成為可能。

量子網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

此外，研究團(tuán)隊(duì)基于可擴(kuò)展量子中繼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)銣原子間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏。在此基礎(chǔ)上，他們首次將設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)的距離突破百公里，較國際此前最好實(shí)驗(yàn)水平提升兩個(gè)數(shù)量級以上，極大推進(jìn)了該技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。

研究人員表示，上述突破標(biāo)志著基于量子糾纏的光纖量子網(wǎng)絡(luò)正在從理論構(gòu)想走向現(xiàn)實(shí)可能。