我国科学家实现可扩展量子网络研究突破

中国青年报客户端合肥2月6日电（中青报·中青网记者王海涵 王磊）记者从中国科学技术大学获悉，该校教授潘建伟及其同事在可扩展量子网络研究方面取得两项突破——研究人员在国际上首次构建出可扩展量子中继的基本模块，使得可扩展光纤量子网络成为现实可能；实现单原子节点间的远距离高保真纠缠，并在此基础上首次将器件无关量子密钥分发的传输距离突破百公里，极大推进该技术的实用化进程。

上述突破标志着基于量子纠缠的光纤量子网络正在从理论构想走向现实可能。两项成果分别于北京时间2月3日和2月6日发表于国际学术期刊《自然》和《科学》。

潘建伟教授在介绍研究成果。中青报·中青网记者王海涵/摄

量子信息科学的终极发展目标是构建高效、安全的量子网络：利用量子精密测量实现对信息的高精度感知、利用量子通信实现信息的安全和高效传输、利用量子计算实现信息的指数级加速处理，从而实现对物质世界认知能力的革命性飞跃。构建量子网络的基本要素是远距离确定性量子纠缠分发，基于量子纠缠，不仅可以通过量子密钥分发实现经典信息的安全传输，还可通过量子隐形传态为量子计算机与用户之间量子信息的交互提供唯一有效途径。

量子网络示意图。中国科大供图

光纤的固有损耗导致量子纠缠的传输效率随距离成指数衰减，是构建可扩展量子网络面临的最大挑战。

量子中继方案是解决光纤传输损耗的有效方案。利用该方案在光纤中进行距离为1000公里的纠缠分发，比直接在光纤中传输的效率将提升100亿亿倍。然而，以往量子纠缠寿命远远短于产生纠缠所需时间，因此无法实现纠缠有效连接，制约了量子中继的可扩展性。

针对这一难题，研究团队通过发展长寿命囚禁离子量子存储器、高效率离子-光子通信接口及高保真度单光子纠缠协议，首次实现长寿命量子纠缠，纠缠寿命显著超过纠缠建立所需的时间，成功构建可扩展量子中继的基本模块，使远距离量子网络成为可能。

此外，研究团队基于可扩展量子中继技术，实现两个铷原子间的远距离高保真纠缠。在此基础上，他们首次将设备无关量子密钥分发的距离突破百公里，较国际此前最好实验水平提升两个数量级以上，极大推进了该技术的实用化进程。

概念图：两个离子（原子）通过百公里光纤建立了确定性的纠缠。中国科大供图

潘建伟表示：“研究物理世界充满难题和挑战，这条科学之路并非‘种瓜得瓜种豆得豆’，我们用了近30年时间穿过迷雾森林，尝试穿行了很多道路，但一代代研究者‘攀爬科学珠峰’的目标是明确且坚定的！”

来源：中国青年报客户端