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安徽:中科大首次實現全光量子中繼

2019年07月06日 09:54:59 來源: 安徽日報

    記者近日從中科大獲悉,該校教授潘建偉及其同事陳宇翱、徐飛虎等在國際上首次實驗實現全光量子中繼器的原理性驗證,為構建遠距離光纖量子網絡開辟了新途徑。成果日前線上發表在國際學術權威期刊《自然·光子學》上。

    在遠距離量子通信中,信道傳遞的量子態往往隨著通信距離的增加而指數減少,這極大限制了量子通信的有效傳輸距離。目前主要有兩種解決方案:其一是在量子信號損耗極小的外太空,利用衛星擴展量子通信距離。我國于2016年成功發射了國際首顆量子科學實驗衛星“墨子號”,成功驗證了這一方案的可行性。其二是在光纖網絡中使用量子中繼器,將一段長距離光纖信道分割成多段距離比較短的信道,使得量子信號不再隨距離的增加而指數衰減,從而擴展量子通信距離。

    鑒于量子中繼器的重要科學和應用價值,國際上關于量子中繼器研究的競爭非常激烈。傳統量子中繼器需要基于糾纏交換、糾纏純化、量子存儲三個必不可少的技術。然而,目前的量子存儲性能有限,實現實用化量子中繼器還需假以時日。全光量子中繼方案在理論上可以實現無需量子存儲的量子中繼器,為利用量子中繼器實現遠距離光纖量子通信網絡提供了另一種原則上可行的方案。

    潘建偉團隊首先對原始的全光量子中繼方案進行改進,設計了實驗可行的方案。

    在該方案中,研究團隊使用了光子GHZ態和後選擇貝爾測量來實現不同信道間光子對的任意連接,從而有效地提升量子信道中糾纏態的分發成功概率。然後,利用六個獨立的參量下轉換雙光子糾纏源,在實驗上成功地搭建一個基于十二光子的全光量子中繼器,測試了該量子中繼器的各方面性能,並在實驗上驗證了其相比于糾纏交換方案的優勢。實驗結果顯示,全光量子中繼器可以有效提升量子態的傳輸速率,從而拓展量子通信的傳輸距離。

    該項工作成功驗證了全光量子中繼器的可行性,在原理上使得量子記憶體不再是搭建量子中繼器的必要條件,為實用化量子中繼器的研究開辟了新途徑。一旦量子中繼器走向實用化,量子通信在地表的遠距離傳輸難題將會迎刃而解,屆時量子光纖網絡的布線可以像固話布線一樣便捷。(記者 桂運安)

    原標題:中科大首次實現全光量子中繼

    為構建遠距離光纖量子網絡開辟了新途徑

【糾錯】 [責任編輯: 吳一航 ]

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