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从几十米提升至几十公里!中国科学家构建国际首个基于纠缠的城域量子网络

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  记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、包小辉、张强等人近期首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠,并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该研究使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米整整提升了三个数量级至几十公里,为后续开展盲量子计算、分布式量子计算、量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了科学与技术基础。5月15日国际学术期刊《自然》发表了该成果。

  通过量子态的远程传输来构建量子网络是大尺度量子信息处理的基本要素。基于量子网络,可以实现广域量子密钥分发以及分布式量子计算和量子传感,构成未来“量子互联网”的技术基础。

  为在远距离分离的独立量子存储器间建立纠缠,主要挑战在于如何控制单光子相位。近期,潘建伟团队设计并发展了一套非常精巧的相位控制方案:首先通过超稳腔稳频来压制控制激光线宽,其次通过光锁相环来构建读写激光间的相位关联,最后通过远程分时相位比对来构建两节点间的相位关联。采用以上相位控制技术,并利用量子频率转换,团队成功实现了相距十几千米远的量子存储器之间的纠缠。以此为基础,他们构建了国际上首个城域三节点量子纠缠网络,该网络可以在任意两个量子存储器节点间建立纠缠。


  实验节点布局示意图。其中Alice节点位于中科大东区、Bob节点位于合肥创新产业园、Charlie节点位于安徽光机所。(研究团队供图)

  这项研究使得现实量子纠缠网络的距离由几十米提升至几十公里,为后续开展分布式量子计算、分布式量子传感等量子网络应用奠定基础。《自然》杂志审稿人对此给予高度评价,认为“他们的成果开启了量子互联网研究的新篇章”,“为未来大规模量子网络铺平了道路”。(记者徐海涛、戴威)

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