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    “墨子號”實現一千二百公里地表量子態傳輸

    2022-05-07 12:07:36 光明日報

    記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉院士及其同事彭承志、陳宇翱、印娟等利用“墨子號”量子科學實驗衛星,首次實現了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸,向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。相關成果日前在線發表于《物理評論快報》。

    2012年,潘建偉團隊在國際上首次實現百公里自由空間量子隱形傳態。10年過去,團隊成功實現突破,刷新了1200公里地表量子態傳輸的新紀錄。

    遠距離量子態傳輸通??梢岳昧孔与[形傳態來實現,是構建量子通信網絡的重要實現途徑之一,也是實現多種量子信息處理任務的必要元素。通過遠距離量子糾纏分發的輔助,量子態可通過測量然后再重構的方式完成遠距離傳輸,傳輸距離在理論上可以是無窮遠。

    但在實現中,量子糾纏分發的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素的影響。如何不斷突破傳輸距離的限制,一直是該領域的重要研究目標之一。

    利用星載糾纏源向遙遠的兩地先進行糾纏分發,再進行量子態的制備與重構,是實現遠距離量子態傳輸的最可能路徑之一。然而,由于大氣湍流的影響,光子在大氣信道中傳播后,實現基于量子干涉的量子態測量非常困難。

    在以往實驗中,量子態傳輸的制備方都是量子糾纏源的擁有者,無法真正意義上由第三方提供糾纏來實現先分發后傳態的量子態傳輸。隨著“墨子號”量子科學實驗衛星的成功發射,潘建偉團隊首先實現了千公里的雙站糾纏分發,“墨子號”平臺為量子通信實驗提供了寶貴的糾纏分發資源。

    為了解決遠距離湍流大氣傳輸后的量子光干涉難題,實驗團隊利用光學一體化粘接技術實現了具有超高穩定性的光干涉儀,無須主動閉環即可長期穩定。結合基于雙光子路徑-偏振混合糾纏態的量子隱形傳態方案,在云南麗江站和德令哈地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證,并且在實驗中對六種典型的量子態進行了驗證,傳送保真度均超越了經典極限。

    審稿人認為:“這個實驗比以前實驗更具挑戰性,克服了重大的技術挑戰,對未來量子通信的應用具有重要意義?!保ǘ∫圾Q、馬榮瑞、王敏)

    (責編:李依環、熊旭)
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