【科技前沿】
本報合肥5月17日電(記者丁一鳴)日前，中國科學技術大學潘建偉、包小輝、張強等首次采用單光子干涉在獨立存儲節(jié)點間建立糾纏，并以此為基礎構建了國際首個基于糾纏的城域三節(jié)點量子網(wǎng)絡。該工作使得現(xiàn)實量子糾纏網(wǎng)絡的距離由以往的幾十米整整提升了三個數(shù)量級至幾十公里，為后續(xù)開展盲量子計算、分布式量子計算、量子增強長基線干涉等量子網(wǎng)絡應用奠定了科學與技術基礎。相關研究成果發(fā)表在國際學術期刊《自然》上。
通過量子態(tài)的遠程傳輸來構建量子網(wǎng)絡是大尺度量子信息處理的基本要素?；诹孔泳W(wǎng)絡，可以實現(xiàn)廣域量子密鑰分發(fā)以及分布式量子計算和量子傳感，構成未來“量子互聯(lián)網(wǎng)”的技術基礎。目前，基于單光子傳輸?shù)牧孔用荑€網(wǎng)絡已發(fā)展成熟，而面向分布式量子計算、分布式量子傳感等進一步量子網(wǎng)絡應用，則需要采用量子中繼技術在遠距離量子存儲器間構建量子糾纏，在此基礎上通過廣域量子隱形傳態(tài)將各個量子信息處理節(jié)點連接起來。
在遠距離分離的獨立量子存儲器之間建立糾纏，主要挑戰(zhàn)在于如何控制單光子相位。基于單光子干涉的糾纏方案在糾纏速率方面有重大優(yōu)勢，然而實驗難度非常高。糾纏過程中量子存儲的控制激光、頻率轉換泵浦激光、長光纖信道等帶來的細微相位抖動，會導致最終生成糾纏的退相干。為解決這一難題，團隊設計并發(fā)展了一套非常精巧的相位控制方案：首先通過超穩(wěn)腔穩(wěn)頻來壓制控制激光線寬，其次通過光鎖相環(huán)來構建讀寫激光間的相位關聯(lián)，最后通過遠程分時相位比對來構建兩節(jié)點間的相位關聯(lián)。采用以上相位控制技術，并利用量子頻率轉換，團隊成功實現(xiàn)了相距十幾千米遠的量子存儲器之間的糾纏。以此為基礎，研究團隊構建了國際上首個城域三節(jié)點量子糾纏網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡可以在任意兩個量子存儲器節(jié)點間建立糾纏。
《自然》雜志審稿人評價，“他們的成果開啟了量子互聯(lián)網(wǎng)研究的新篇章”“為未來大規(guī)模量子網(wǎng)絡鋪平了道路”。(光明日報)