量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)首次實現(xiàn)相距50公里光纖的存儲器間的量子糾纏

近日，我國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，在國際上首次實現(xiàn)相距50公里光纖的存儲器間的量子糾纏。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、濟南量子技術(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，通過高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉(zhuǎn)換和遠程單光子精密干涉等技術(shù)，成功地將相距50公里光纖的兩個量子存儲器糾纏起來，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，國際上普遍采用衛(wèi)星的自由空間信道來實現(xiàn)廣域大尺度覆蓋，再通過光纖網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)城域及城際的地面覆蓋。受限于光信號長距離傳輸過程中呈指數(shù)衰竭的問題，點對點的地面安全通信距離僅為百公里量級。為解決光信號在光纖內(nèi)衰減問題，實現(xiàn)地面長距離安全通信，此前嘗試采用分段傳輸，通過量子中繼技術(shù)進行級聯(lián)的方式，最遠光纖量子中繼傳輸僅為公里量級。

研究團隊采用環(huán)形腔增強技術(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數(shù)量級。隨后，自主研發(fā)周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，將存儲器的光波長由近紅外（795 nm）轉(zhuǎn)換至通信波段（1342 nm），經(jīng)過50公里的光纖僅衰減至百分之三，效率與之前在50公里光纖中光信號將衰減至百億億分之三相比，提升了16個數(shù)量級；通過設(shè)計并實施雙重相位鎖定方案，實現(xiàn)遠程單光子干涉，成功地把經(jīng)過50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右。研究團隊最終將以上技術(shù)整合，實現(xiàn)了經(jīng)由50公里光纖傳輸?shù)碾p節(jié)點糾纏，并演示了經(jīng)由22公里外場光纖的雙節(jié)點糾纏。該成果得到了包括美國《科學(xué)》雜志、麻省理工科技評論、美國《科學(xué)新聞》、英國《新科學(xué)家》等在內(nèi)的國際著名科學(xué)媒體的廣泛關(guān)注，認為這項工作使得量子互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)更近一步。