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我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)相距50公里光纖的存儲(chǔ)器間的量子糾纏
【世界機(jī)械網(wǎng)】 時(shí)間:2020-02-13 來源:央視網(wǎng) 【收藏本頁
央視網(wǎng)消息:日前,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)合作,在量子中繼與量子網(wǎng)絡(luò)方向取得重大突破。研究團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和遠(yuǎn)程單光子精密干涉技術(shù),成功地將相距50公里光纖的兩個(gè)量子存儲(chǔ)器糾纏起來,為構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。這一成果今天(13日)在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

  構(gòu)建全球化量子網(wǎng)絡(luò)并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)量子通信是量子信息研究的終極目標(biāo)之一,國際學(xué)術(shù)界廣泛采用的量子通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展路線是通過基于衛(wèi)星的自由空間信道來實(shí)現(xiàn)廣域大尺度覆蓋,通過光纖網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)城域及城際的地面覆蓋。然而受限于光信號(hào)在光纖內(nèi)的指數(shù)衰減,最遠(yuǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地面安全通信距離僅為百公里量級(jí)。將遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸改為分段傳輸,并采用量子中繼技術(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián),有望進(jìn)一步大幅拓展安全通信距離,并使得構(gòu)建全量子網(wǎng)絡(luò)成為可能。

  然而,受限于光與原子糾纏亮度低等技術(shù)瓶頸,此前最遠(yuǎn)光纖量子中繼僅為公里量級(jí)。針對(duì)上述技術(shù)難題,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列技術(shù)攻關(guān)。首先,采用環(huán)形腔增強(qiáng)技術(shù)來提升單光子與原子系綜間耦合,并優(yōu)化光路傳輸效率,將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí);其次,由于原子存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的光波長在光纖中的損耗約為3.5dB/km,在50公里光纖中光信號(hào)將衰減至十億億分之一,使得量子通信無法實(shí)現(xiàn),團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)周期極化鈮酸鋰波導(dǎo),通過非線性差頻過程,將存儲(chǔ)器的光波長由近紅外轉(zhuǎn)換至通信波段,經(jīng)過50公里的光纖僅衰減至百分之一以上,效率相比之前提升了16個(gè)數(shù)量級(jí);最后,為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程單光子干涉,研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)施了雙重相位鎖定方案,成功地把經(jīng)過50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右。

  通過多種前沿技術(shù)的結(jié)合,研究團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了經(jīng)由50公里光纖傳輸?shù)碾p節(jié)點(diǎn)糾纏,并演示了經(jīng)由22公里外場(chǎng)光纖的雙節(jié)點(diǎn)糾纏。該工作得到《自然》審稿人的高度評(píng)價(jià)“該結(jié)果是非常杰出的,向?qū)崿F(xiàn)量子中繼方向邁出了重要一步”,“將這些操作拓展至城域距離是本領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展”。(總臺(tái)央視記者 帥俊全)
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