基于量子中繼的量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得重大突破[圖]

    近日，我國(guó)在基于量子中繼的量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面取得重大突破，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)相距50公里光纖的存儲(chǔ)器間的量子糾纏。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所等單位的科學(xué)家合作，通過(guò)高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉(zhuǎn)換和遠(yuǎn)程單光子精密干涉等技術(shù)，成功地將相距50公里光纖的兩個(gè)量子存儲(chǔ)器糾纏起來(lái)，為構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

    目前，國(guó)際上普遍采用衛(wèi)星的自由空間信道來(lái)實(shí)現(xiàn)廣域大尺度覆蓋，再通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)城域及城際的地面覆蓋。受限于光信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中呈指數(shù)衰竭的問(wèn)題，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的地面安全通信距離僅為百公里量級(jí)。為解決光信號(hào)在光纖內(nèi)衰減問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)地面長(zhǎng)距離安全通信，此前嘗試采用分段傳輸，通過(guò)量子中繼技術(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)的方式，最遠(yuǎn)光纖量子中繼傳輸僅為公里量級(jí)。

    研究團(tuán)隊(duì)采用環(huán)形腔增強(qiáng)技術(shù)提升單光子與原子系綜間耦合，并優(yōu)化光路傳輸效率，將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。隨后，自主研發(fā)周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，將存儲(chǔ)器的光波長(zhǎng)由近紅外（795 nm）轉(zhuǎn)換至通信波段（1342 nm），經(jīng)過(guò)50公里的光纖僅衰減至百分之三，效率與之前在50公里光纖中光信號(hào)將衰減至百億億分之三相比，提升了16個(gè)數(shù)量級(jí)；通過(guò)設(shè)計(jì)并實(shí)施雙重相位鎖定方案，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程單光子干涉，成功地把經(jīng)過(guò)50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右。研究團(tuán)隊(duì)最終將以上技術(shù)整合，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)由50公里光纖傳輸?shù)碾p節(jié)點(diǎn)糾纏，并演示了經(jīng)由22公里外場(chǎng)光纖的雙節(jié)點(diǎn)糾纏。該成果得到了包括美國(guó)《科學(xué)》雜志、麻省理工科技評(píng)論、美國(guó)《科學(xué)新聞》、英國(guó)《新科學(xué)家》等在內(nèi)的國(guó)際著名科學(xué)媒體的廣泛關(guān)注，認(rèn)為這項(xiàng)工作使得量子互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)更近一步。