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量子重大突破:中国实现全球首个全光量子中继

日前,我国实现了国际上首次实验实现的全光量子中继器原理性验证,这也标志着未来为构建远距离光纤量子网络应用开辟了新的途径。据了解,在远距离量子通信的过程当中,信道传递的量子态往往随着通信距离的增加而指数减少,这其实也极大的限制了量子通信的有效传输距离和效率。


据研究人员介绍,目前主要有两类解决方案,第一种是在几乎真空的环境下,量子信号损耗极小的外太空,利用卫星扩展量子通信的距离,这点我国在2016年发射的首颗量子卫星“墨子号”上就已经进行了验证;第二种解决方案则是要在光纤网络当中更实用量子中继器,将一段长距离光纤信道分割成多段距离比较短的信道,使得量子信号不再随距离的增加而指数衰减,从而扩展量子通信距离。


传统量子中继器需要基于纠缠交换、纠缠纯化、量子存储等三个必要的技术,但是目前的量子存储性能尚存在局限性,实现实用化量子中继器的实际应用还需要一段时间。


此次中国团队所取得突破工作当中,研究团队对原始的全光量子中继方案进行了改进,设计了实验可行的方案,在整个方案当中研究团队使用了光子GHZ态和后选择贝尔测量来实现不同信道之间光子对的任意链接,从而有效地提升了量子信道当中纠缠态的分发成功概率。


而后研究团队通过利用六个独立的参量下转换双光子纠缠源,在实验上成功地搭建了一个基于十二光子的全光量子中继器,测试了该量子中继器的各方面性能,并在实验上验证了其相比于纠缠交换方案的优势。


据悉,该项工作得到了科技部、国家基金委、中科院和安徽省等多个部门的支持。

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