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我国实现国际首个量子鹊桥技术,可将量子通信速率提升四倍

  IT之家 6 月 3 日消息据央视新闻,近日,我国科学家在国际上 首次实现了两个吸收型量子存储器之间的可预报量子纠缠,演示了多模式量子中继 ,为高速率、大尺度量子网络的建设提供了全新的实现方案。
  据报道,中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组,在国际上首次实现多模式复用的量子中继基本链路,如同"鹊桥",可将量子世界里天各一方的"牛郎织女"间的通信速率提升四倍 。
  ▲ 实验装置(图自央视新闻,下同)
  IT之家了解到,由于单光子在光纤传输中的指数级损耗问题,量子态在光纤中传输的距离被限制在百公里量级。为了建立起全国乃至全球的量子网络,需要采用量子中继方案。其基本思路是把长程纠缠传输的任务分解为多段短距离的基本链路,在基本链路上建立量子存储器之间的可预报纠缠,然后利用纠缠交换技术把量子纠缠扩展至目标距离 。
  ▲ 基于吸收型量子存储器实现量子中继的原理示意图
  经过多年攻关,科研团队成功使用吸收型量子存储器演示了量子中继的基本链路。一个基本链路由两个分离的量子节点,以及中间站点贝尔态测量装置组成。每个量子节点中除了"牛郎""织女"量子存储器之外,还各有一个纠缠光子对 。实验中,每个纠缠光子对中的一个光子被量子存储器捕获并存储,每个纠缠光子对的另一个光子通过光纤同时传输至中间站点"鹊桥"进行贝尔态测量,测量的过程就是纠缠建立的过程。
  一次成功的贝尔态检验会完成一次成功的纠缠交换操作,使得两个空间分离 3.5 米的固态量子存储器之间建立起量子纠缠,尽管这两个存储器没有发生任何直接的相互作用 。量子中继基本链路的演示实验中实现了 4 个时间模式的复用,使得纠缠分发的速率提升了 4 倍,实测的纠缠保真度达到了 80.4 % 。该工作证实了基于吸收型量子存储构建量子中继的可行性,并首次展现了多模式复用在量子中继中的加速作用。
  该成果已于 6 月 2 日在国际学术期刊《自然》上发表。

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