(科學新知)中國量子中繼與網絡技術新突破   張家偉

中國研究團隊近日在英國《自然》雜誌發表新論文介紹,他們成功在兩個由五十公里長光纖連接的量子存儲器間實現量子糾纏,為構建基於量子中繼的量子網絡奠定了基礎。

這項研究由中國科學技術大學、濟南量子技術研究院以及中國科學院上海微系統與信息技術研究所合作開展。

團隊表示,學術界廣泛採用的量子通信網絡發展路線是通過基於衛星的自由空間信道實現廣域覆蓋,同時利用光纖網絡實現城域及城際地面覆蓋。然而光子在光纖上的節點間傳輸時,受限於光纖的固有衰減,目前最遠的點對點地面安全通信距離僅為百公里量級。

研究負責人之一、中國科學技術大學的潘建偉教授告訴筆者:「要拓展量子通信的距離,一個方法是將點對點傳輸改為分段傳輸,並採用量子中繼技術進行級聯,即將整個通信線路分幾段,每段損耗都較小,再通過量子中繼器將這幾段連接起來,這使得構建全量子網絡成為可能。」

然而,受限於光與原子糾纏亮度低等技術瓶頸,此前最遠光纖量子中繼僅為公里量級。為實現遠距離量子存儲器間的連接,團隊克服了多項技術挑戰。例如,他們自主研發了週期極化鈮酸鋰波導,通過非線性差頻過程,將存儲器的光波長由近紅外轉換至通信波段,經過五十公里的光纖僅衰減至百分之一以上,效率相比之前提升了十六個數量級。

實驗中,研究團隊結合多項新技術,成功在兩個由五十公里長光纖連接的量子存儲器間實現雙節點的量子糾纏。這一距離足以用於連接兩座城市。

潘建偉說:「作為原理性驗證,這個實驗中的兩個量子存儲器是在同一實驗室內,通過五十公里長的光纖盤連接;下一步要在空間真正分離的系統中開展研究,推動這項技術的實際應用。」◇