央視網消息：日前，中國科學技術大學研究團隊與國內多家研究機構合作，在量子中繼與量子網絡方向取得重大突破。研究團隊通過發(fā)展高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉換技術和遠程單光子精密干涉技術，成功地將相距50公里光纖的兩個量子存儲器糾纏起來，為構建基于量子中繼的量子網絡奠定了基礎。這一成果今天（13日）在國際知名學術期刊《自然》發(fā)表。
構建全球化量子網絡并在此基礎上實現量子通信是量子信息研究的終極目標之一，國際學術界廣泛采用的量子通信網絡發(fā)展路線是通過基于衛(wèi)星的自由空間信道來實現廣域大尺度覆蓋，通過光纖網絡來實現城域及城際的地面覆蓋。然而受限于光信號在光纖內的指數衰減，最遠的點對點地面安全通信距離僅為百公里量級。將遠距離點對點傳輸改為分段傳輸，并采用量子中繼技術進行級聯，有望進一步大幅拓展安全通信距離，并使得構建全量子網絡成為可能。
然而，受限于光與原子糾纏亮度低等技術瓶頸，此前最遠光纖量子中繼僅為公里量級。針對上述技術難題，研究團隊進行了一系列技術攻關。首先，采用環(huán)形腔增強技術來提升單光子與原子系綜間耦合，并優(yōu)化光路傳輸效率，將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個數量級；其次，由于原子存儲器對應的光波長在光纖中的損耗約為3.5dB/km，在50公里光纖中光信號將衰減至十億億分之一，使得量子通信無法實現，團隊自主研發(fā)周期極化鈮酸鋰波導，通過非線性差頻過程，將存儲器的光波長由近紅外轉換至通信波段，經過50公里的光纖僅衰減至百分之一以上，效率相比之前提升了16個數量級；最后，為實現遠程單光子干涉，研究團隊設計并實施了雙重相位鎖定方案，成功地把經過50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右。
通過多種前沿技術的結合，研究團隊最終實現了經由50公里光纖傳輸的雙節(jié)點糾纏，并演示了經由22公里外場光纖的雙節(jié)點糾纏。該工作得到《自然》審稿人的高度評價“該結果是非常杰出的，向實現量子中繼方向邁出了重要一步”，“將這些操作拓展至城域距離是本領域的一個重大進展”。（總臺央視記者 帥俊全）
|
