中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、包小輝教授、張強教授等首次完整實(shí)現了基于單光子干涉的遠距離雙節點(diǎn)糾纏，并以此為基礎構建了國際首個(gè)城域三節點(diǎn)量子糾纏網(wǎng)絡(luò )。該工作使得現實(shí)量子糾纏網(wǎng)絡(luò )的距離由以往的幾十米延長(cháng)至幾十公里，整整提升了3個(gè)數量級，為后續開(kāi)展盲量子計算、分布式量子計算、量子增強長(cháng)基線(xiàn)干涉等量子網(wǎng)絡(luò )應用奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎。5月15日，相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《自然》。
據介紹，在遠距離分離的獨立量子存儲器間建立糾纏，主要的挑戰在于如何控制單光子相位。基于單光子干涉的糾纏方案在糾纏速率方面有重大優(yōu)勢，然而實(shí)驗難度非常高。在糾纏過(guò)程中，量子存儲的控制激光、頻率轉換泵浦激光、長(cháng)光纖信道等帶來(lái)的細微相位抖動(dòng)都會(huì )導致最終生成糾纏的退相干。
為解決這一難題，團隊設計并發(fā)展了一套非常精巧的相位控制方案。他們首先通過(guò)超穩腔穩頻壓制控制激光線(xiàn)寬，其次通過(guò)光鎖相環(huán)構建讀寫(xiě)激光間的相位關(guān)聯(lián)，最后通過(guò)遠程分時(shí)相位比對構建兩節點(diǎn)間的相位關(guān)聯(lián)。采用以上相位控制技術(shù)，并利用量子頻率轉換，團隊成功實(shí)現了相距十幾千米遠的量子存儲器之間的糾纏。
以此為基礎，團隊構建了國際上首個(gè)城域三節點(diǎn)量子糾纏網(wǎng)絡(luò )。其中，Alice節點(diǎn)位于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)東區，Bob節點(diǎn)位于合肥創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)園，Charlie節點(diǎn)位于中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所。該網(wǎng)絡(luò )可以在任意兩個(gè)量子存儲器節點(diǎn)間建立糾纏。
研究人員介紹，該工作使得現實(shí)量子糾纏網(wǎng)絡(luò )的距離由幾十米延長(cháng)至幾十公里，為后續開(kāi)展分布式量子計算、分布式量子傳感等量子互聯(lián)網(wǎng)應用奠定了基礎。該工作是國際首個(gè)城域多節點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗，而且與其他雙節點(diǎn)遠距離實(shí)驗相比，糾纏效率高兩個(gè)數量級。
審稿人對這項工作給予高度評價(jià)：“他們的成果開(kāi)啟了量子互聯(lián)網(wǎng)研究的新篇章”，“為未來(lái)大規模量子網(wǎng)絡(luò )鋪平了道路”。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07308-0
（原載于《中國科學(xué)報》 2024-05-17 第1版 要聞）
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