從幾十米提升至幾十公里！中國科學(xué)家構(gòu)建國際首個基于糾纏的城域量子網(wǎng)絡(luò)

  記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、包小輝、張強等人近期首次采用單光子干涉在獨立存儲節(jié)點間建立糾纏，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了國際首個基于糾纏的城域三節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)。該研究使得現(xiàn)實量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的距離由以往的幾十米整整提升了三個數(shù)量級至幾十公里，為后續(xù)開展盲量子計算、分布式量子計算、量子增強長基線干涉等量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。5月15日國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了該成果。

　　通過量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸來構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)是大尺度量子信息處理的基本要素�；�于量子網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)廣域量子密鑰分發(fā)以及分布式量子計算和量子傳感，構(gòu)成未來“量子互聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　為在遠(yuǎn)距離分離的獨立量子存儲器間建立糾纏，主要挑戰(zhàn)在于如何控制單光子相位。近期，潘建偉團(tuán)隊設(shè)計并發(fā)展了一套非常精巧的相位控制方案：首先通過超穩(wěn)腔穩(wěn)頻來壓制控制激光線寬，其次通過光鎖相環(huán)來構(gòu)建讀寫激光間的相位關(guān)聯(lián)，最后通過遠(yuǎn)程分時相位比對來構(gòu)建兩節(jié)點間的相位關(guān)聯(lián)。采用以上相位控制技術(shù)，并利用量子頻率轉(zhuǎn)換，團(tuán)隊成功實現(xiàn)了相距十幾千米遠(yuǎn)的量子存儲器之間的糾纏。以此為基礎(chǔ)，他們構(gòu)建了國際上首個城域三節(jié)點量子糾纏網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以在任意兩個量子存儲器節(jié)點間建立糾纏。

　　實驗節(jié)點布局示意圖。其中Alice節(jié)點位于中科大東區(qū)、Bob節(jié)點位于合肥創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園、Charlie節(jié)點位于安徽光機所。（研究團(tuán)隊供圖）

　　這項研究使得現(xiàn)實量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的距離由幾十米提升至幾十公里，為后續(xù)開展分布式量子計算、分布式量子傳感等量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)�！蹲匀弧冯s志審稿人對此給予高度評價，認(rèn)為“他們的成果開啟了量子互聯(lián)網(wǎng)研究的新篇章”，“為未來大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路”。