【科技前沿】
本報(bào)合肥5月17日電(記者丁一鳴)日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、包小輝、張強(qiáng)等首次采用單光子干涉在獨(dú)立存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)間建立糾纏，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了國際首個(gè)基于糾纏的城域三節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)。該工作使得現(xiàn)實(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)至幾十公里，為后續(xù)開展盲量子計(jì)算、分布式量子計(jì)算、量子增強(qiáng)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)。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
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。基于量子網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)廣域量子密鑰分發(fā)以及分布式量子計(jì)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)。目前，基于單光子傳輸?shù)牧孔用荑€網(wǎng)絡(luò)已發(fā)展成熟，而面向分布式量子計(jì)算、分布式量子傳感等進(jìn)一步量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，則需要采用量子中繼技術(shù)在遠(yuǎn)距離量子存儲(chǔ)器間構(gòu)建量子糾纏，在此基礎(chǔ)上通過廣域量子隱形傳態(tài)將各個(gè)量子信息處理節(jié)點(diǎn)連接起來。
在遠(yuǎn)距離分離的獨(dú)立量子存儲(chǔ)器之間建立糾纏，主要挑戰(zhàn)在于如何控制單光子相位。基于單光子干涉的糾纏方案在糾纏速率方面有重大優(yōu)勢，然而實(shí)驗(yàn)難度非常高。糾纏過程中量子存儲(chǔ)的控制激光、頻率轉(zhuǎn)換泵浦激光、長光纖信道等帶來的細(xì)微相位抖動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致最終生成糾纏的退相干。為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(shí)相位比對(duì)來構(gòu)建兩節(jié)點(diǎn)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(duì)成功實(shí)現(xiàn)了相距十幾千米遠(yuǎn)的量子存儲(chǔ)器之間的糾纏。以此為基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了國際上首個(gè)城域三節(jié)點(diǎn)量子糾纏網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以在任意兩個(gè)量子存儲(chǔ)器節(jié)點(diǎn)間建立糾纏。
《自然》雜志審稿人評(píng)價(jià)，“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”。(光明日報(bào))