中科大首次實現多模式量子中繼

當兩個量子產生“糾纏”，一個變了，另一個也會瞬變，無論之間相隔多遠—— 借助神奇的量子糾纏現象，人類可實現量子通信，但還面臨很多挑戰。近期，中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組，在國際上首次實現多模式復用的量子中繼基本鏈路，如同“鵲橋”，可將量子世界里天各一方的“牛郎織女”間的通信速率提升4倍。

近年來，國際科學界夢想著構建全球性的量子通信網，但一大技術難題是量子極易衰減，在光纖中的傳輸距離只有百公里量級。為此，科學家們提出量子中繼的思想，即將遠距離傳輸劃分為多個短距離，中間用量子中繼連接，解決信號衰減問題。

量子存儲器是量子中繼的核心器件。“之前大家用的是發射型量子存儲器，要么一次只能傳輸1個量子，效率低，要么一次傳輸多個量子，但精確率低。”李傳鋒教授說，他們團隊一直致力于研究吸收型量子存儲器，經過3年多努力，近期在國際上首次成功使用吸收型量子存儲器，演示了多模式復用的量子中繼基本鏈路。這種量子存儲器可以一次捕獲并存儲4對糾纏量子，等于獲得了4倍加速的糾纏分發速率，并且經實驗驗證，兩個節點之間的糾纏保真度超過80%。

周宗權副教授將兩個分離的量子節點比喻為“牛郎”和“織女”。“實驗中，‘牛郎’和‘織女’借助量子中繼這個‘鵲橋’，可以在沒見面的情況下成功建立糾纏，順利實現通信。”他說。

6月2日，國際權威學術期刊《自然》發表了這項研究成果。審稿人給予高度評價：“這項工作是對量子中繼器基本鏈路的一個非常直接和清晰的演示……這是一項重要成就，將為接下來的研究奠定基礎。”