我国科学家首次实现多模式量子中继我国科学家首次实现多模式量子中继央视新闻

近日，中科大郭光灿院士团队在量子存储和量子中继领域取得重大进展。利用固态量子存储器和外部纠缠光源，研究团队首次实现了两个吸收量子存储器之间的可预测量子纠缠，演示了多模量子中继，为构建高速大规模量子网络提供了新的实现方案。该成果于6月2日发表在国际学术期刊《自然》上。

△基于吸收量子存储器的量子继电器原理图

由于单个光子在光纤传输中的指数损耗，量子态在光纤中传输的距离被限制在一百公里以内。为了建立全国性甚至全球性的量子网络，需要量子中继方案。其基本思想是将长距离纠缠传输的任务分解为若干个短距离的基本链路，在基本链路上建立量子存储器之间的可预测纠缠，然后利用纠缠交换技术将量子纠缠扩展到目标距离。

△实验装置

研究团队经过多年研究，利用吸收量子存储器成功演示了量子中继的基本环节。基本链路由两个分离的量子节点和中间站贝尔状态测量装置组成。每个量子节点除了“牛郎织女”量子存储器外，还有一个纠缠光子对。实验中，每个纠缠光子对的一个光子被量子存储器捕获并存储，每个纠缠光子对的另一个光子同时通过光纤传输到中间站“鹊桥”进行贝尔态测量。测量过程就是纠缠建立的过程。

一次成功的贝尔态测试将完成一次成功的纠缠交换操作，这将在相隔3.5米的两个固态量子存储器空之间建立量子纠缠，尽管两个存储器之间没有直接的相互作用。在量子基本链路演示实验中，实现了4种时间模式的复用，使纠缠分发率提高了4倍，实测纠缠保真度达到80.4%。该工作证实了基于吸收量子存储构建量子中继的可行性，并首次展示了量子中继中多模复用的加速。

据介绍，这一成果为量子中继的开发和研究开创了一个可行的方向，为构建实用化的高速量子网络奠定了基础。(央视记者帅军全)

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