北京
来源：中国科学报
作者：王敏
中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等与济南量子技术研究院、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位的研究人员合作，在远距离量子中继研究中取得重要突破，成功实现两个冷原子量子存储器间跨越420公里光纤的量子纠缠，并在230公里以上距离突破无中继量子纠缠分发的理论极限。这一成果大幅延长了物质量子比特间的纠缠距离，为城际尺度量子网络构建奠定了基础。8月11日，相关研究成果发表于《物理评论快报》。
图片来源：摄图网
量子存储器间的远距离纠缠是构建量子互联网的技术基础。拓展量子存储器间纠缠距离的关键在于提升纠缠成功率。为此，该团队多年来持续开展基于单光子干涉的纠缠连接研究，解决了长光纤相位锁定、独立激光器远程相位同步、高效率低噪声量子频率转换等技术难题。然而，将纠缠距离延长至几百公里，还需进一步降低信道传输损耗，提升单光子相位锁定的长期稳定性。
在该实验中，研究团队将量子存储器的波长由795纳米切换至780纳米，并更换量子频率转换方案，使信号光子能够匹配光纤的超低损耗传输窗口。在单光子锁相方面，他们发展了结合全时与分时的双波长三频相位锁定技术，大幅提升了超长光纤情形下光子锁相的长期稳定度。结合这两项新技术，研究人员在不同长度光纤链路下开展了双节点纠缠实验研究。实验发现，直至420公里，来自两个冷原子量子存储器的出射光子仍能保持稳定的单光子干涉，存储器间的量子纠缠也得到了直接验证。
该实验不仅实现了存储器间纠缠距离的大幅延长，也在纠缠分发成功率上取得重要突破。直接纠缠分发的成功率与整个信道的传输效率成正比，而该实验采用单光子干涉进行纠缠连接，因此纠缠成功率仅与一半信道的传输效率成正比，所以在远距离情形（230公里以上）下可以突破量子纠缠直接分发的理论界限。
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