記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組首次實現(xiàn)多模式復用的量子中繼基本鏈路，展現(xiàn)了多模式復用的量子通信加速效果，并實現(xiàn)了兩個固態(tài)存儲器的量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網絡的建設提供了全新的實現(xiàn)方案。6月2日《自然》期刊發(fā)表了該成果。

遠程量子糾纏傳輸是構建全球量子通信網絡的核心任務。然而，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。通過光纖向距離1000公里外的地方每秒發(fā)射100億個光子，要花300年才能接收到一個光子。為此科學家們提出量子中繼的思想，即將遠距離傳輸劃分為若干短距離基本鏈路，先在基本鏈路的兩個臨近節(jié)點間建立可預報的量子糾纏，然后通過糾纏交換技術進行級聯(lián)，從而逐步擴大量子糾纏的距離。

量子存儲器是量子中繼的核心器件，用于儲存光子糾纏態(tài)，待相鄰存儲器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。在基于吸收型量子存儲器的量子中繼架構中，量子光源是與量子存儲器相獨立的，所以這種架構可以同時兼容確定性量子光源以及多模式復用，是目前理論上傳輸速率最快的量子中繼方案。

經過三年多的不懈努力，課題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。一個基本鏈路由兩個分離的量子節(jié)點，以及中間站點貝爾態(tài)測量裝置組成。每個量子節(jié)點中除了“牛郎”“織女”量子存儲器之外，還各有一個糾纏光子對。實驗中，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“鵲橋”進行貝爾態(tài)測量，測量的過程就是糾纏建立的過程。因此，“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。

審稿人對該工作給予了高度評價：“這個工作是對量子中繼器基本鏈路的一個非常直接和清晰的演示……這是一項重要的成就，將為接下來的研究奠定基礎。”

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