国际新闻

您所在位置:首页 > 国际新闻 > 正文

我国科学家成功实现相距50公里光纤的存储器间的量子纠缠

文章作者:www.adwalebaba.com发布时间:2020-02-22浏览次数:883

几天前,中国科技大学的研究团队与国内许多研究机构合作,在量子中继和量子网络方面取得了重大突破。该研究团队通过开发高亮度光和原子纠缠源、低噪声高效单光子变频技术和远程单光子精密干涉技术,成功纠缠了相距50公里的两个光纤量子存储器,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。这项成就今天(13日)发表在国际知名学术期刊《自然》上。

建立全球量子网络并在此基础上实现量子通信是量子信息研究的最终目标之一。国际学术界广泛采用的量子通信网络发展路线是通过基于卫星的自由空间信道实现广域大规模覆盖,通过光纤网络实现城域和城际地面覆盖。然而,由于光纤中光信号的指数衰减,最远的点到点地面安全通信距离只有100公里左右。将长距离点对点传输改为分段传输,并采用量子中继技术进行级联连接,有望进一步扩大安全通信距离,使构建全量子网络成为可能。

然而,由于光与原子纠缠亮度低的技术瓶颈,最远的光纤量子中继只有几千米。鉴于上述技术困难,研究小组开展了一系列技术研究。首先,采用环形腔增强技术来改善单光子与原子系综之间的耦合,优化光路传输效率,从而将光与原子之间先前纠缠的亮度提高一个数量级。其次,由于光纤中对应于原子记忆的光波长的损耗约为3.5分贝/千米,50千米光纤中的光信号将衰减到10亿,这使得量子通信不可能。该团队自主研发了周期极化铌酸锂波导,通过非线性频差过程将存储器的光波长从近红外转换到通信波段,50公里的光纤衰减仅超过1%,效率比以前提高了16个数量级。最后,为了实现长距离单光子干涉,研究团队设计并实现了一种双相位锁定方案,成功地将50公里光纤传输引起的光程差控制在50纳米左右。

通过多种尖端技术的结合,研究团队最终通过50公里光纤传输实现了双节点纠缠,并通过22公里外场光纤演示了双节点纠缠。这项工作得到了《自然》评论家的高度评价,“结果非常突出,这是实现量子中继的重要一步”,“将这些操作扩展到大都市区域距离是该领域的一个重大进展”。(中央电视台记者帅军全)