量子中繼器實(shí)驗(yàn)被實(shí)現(xiàn)

  從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授潘建偉及其同事苑震生、陳宇翱等，利用冷原子量子存儲(chǔ)技術(shù)，在上實(shí)現(xiàn)了具有存儲(chǔ)和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連接的兩個(gè)冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出并轉(zhuǎn)化為光子糾纏，以進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸和量子操作。該實(shí)驗(yàn)成果實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離量子通信中急需的“量子中繼器”，向未來(lái)廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的zui終實(shí)現(xiàn)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。8月28日出版的科學(xué)期刊《自然》，以《量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)》為題發(fā)表了這項(xiàng)重要研究成果。

    目前，安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注?；诹孔恿W(xué)的基本原理，量子通信具有率和安全等特點(diǎn)，因此成為上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。然而，作為量子通信的基本資源，脆弱的糾纏光子極易被信道吸收，造成信號(hào)隨通信距離指數(shù)衰減、誤碼率提高進(jìn)而導(dǎo)致通信失敗。因此，目前量子通信的距離被限制在100公里的量級(jí)。類比于傳統(tǒng)通信中為了補(bǔ)償信號(hào)衰減而建立的中繼器，奧地利科學(xué)家在理論上提出，可以通過(guò)量子存儲(chǔ)技術(shù)與量子糾纏交換和純化技術(shù)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)量子中繼器，從而zui終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的遠(yuǎn)距離量子通信。

    據(jù)悉，潘建偉及其奧地利的同事分別在1998年和2003年從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了糾纏交換和糾纏純化，但是量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)卻一直存在著很大的困難。為了解決這一問(wèn)題，一些科學(xué)家做了大量的研究工作。例如，中科大教授段路明及其奧地利、美國(guó)的合作者曾于2001年提出了基于原子系綜的另一類量子中繼器方案，該方案具有易于實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界的廣泛重視。然而，進(jìn)一步的研究表明，由于這一類量子中繼器方案存在著對(duì)于信道長(zhǎng)度抖動(dòng)過(guò)于敏感、誤碼率隨距離增加而增長(zhǎng)過(guò)快等嚴(yán)重問(wèn)題，無(wú)法被用于實(shí)際的遠(yuǎn)距離量子通信中。

    為了解決上述困難，潘建偉和他的同事陳增兵、趙博等，于2007年提出了具有存儲(chǔ)功能并且對(duì)信道長(zhǎng)度抖動(dòng)不敏感、誤碼率低的率量子中繼器的理論方案。同時(shí)，潘建偉小組及其德國(guó)、奧地利的同事經(jīng)過(guò)多年的合作研究，在逐步實(shí)現(xiàn)了光子—原子糾纏、光子比特到原子比特的量子隱形傳態(tài)等重要階段性成果的基礎(chǔ)上，zui終從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了此類量子中繼器。

    由于量子中繼器的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)在量子信息研究中的重要意義，《自然》雜志為此專門向有關(guān)科學(xué)新聞媒體發(fā)布了題為《量子推動(dòng)》（Quantum Boost）的新聞稿，稱贊該工作“掃除了量子通信中的一大絆腳石”。

量子中繼器實(shí)驗(yàn)被實(shí)現(xiàn)