中国科大团队首次实现多模式量子中继

记者2日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队在量子存储和量子中继领域取得重大进展。

据介绍，该团队李传锋、周宗权研究组利用固态量子存储器和外置纠缠光源，首次实现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，为量子世界“牛郎”和“织女”架了一座“鹊桥”。该工作为高速率、大尺度量子网络的建设提供了全新的实现方案。

这一研究成果2日发表在国际权威学术期刊《自然》(Nature)上。

远程量子纠缠传输是构建全球量子通信网络的核心任务。因受限于光子数在光纤中的指数衰减，地面直接传输距离被限制在百公里水平。

据介绍，通过光纤向距离一千公里外的地方每秒发射一百亿个光子，要花三百年才能接收到一个光子。为此科学家们提出量子中继的思想，即将远距离传输划分为若干短距离基本链路，然后通过纠缠交换技术进行级联，从而逐步扩大量子纠缠的距离。

量子中继的核心器件是量子存储器。此前，研究者已在冷原子气体和单量子系统中实现量子中继的基本链路，但均采用发射型量子存储器，因兼容性较差，难以同时满足确定性量子光源及多模式复用这两个量子中继中关键的通信加速技术。

李传锋、周宗权研究组在基于吸收型量子存储器的量子中继架构中，量子光源是与量子存储器相独立，可以同时兼容确定性量子光源以及多模式复用，是目前理论上传输速率最快的量子中继方案。

经过三年多的不懈努力，研究组成功使用吸收型量子存储器演示了量子中继的基本链路。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”，随后“牛郎”和“织女”借助“鹊桥”可以在没见面的情况下成功建立纠缠。

周宗权副教授表示：“利用吸收型量子存储器有望在未来实现高效率的量子中继和量子网络，进一步推动量子世界里‘牛郎与织女’的顺利通信。”

李传锋教授说：“下一步，研究组将继续提高量子存储器的各项指标，并采用确定性纠缠光源，从而大幅提高纠缠分发的速率，努力实现超越光纤直接传输的实用化量子。”