5 月 7 日消息，據(jù)新華社從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)、黃運(yùn)鋒等研究人員在安徽省合肥市成功建成“星漢二號”多模式量子中繼網(wǎng)絡(luò)，在相距 14.5 公里的兩個量子存儲器之間實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)糾纏。該成果于今日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然 · 光子學(xué)》（Nature Photonics）。

據(jù)了解，量子中繼技術(shù)被視為構(gòu)建未來量子互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。由于量子態(tài)在光纖傳輸過程中呈指數(shù)級衰減，遠(yuǎn)距離通信面臨巨大挑戰(zhàn)。量子中繼技術(shù)通過將長距離鏈路拆分為多個短距離區(qū)段，在各段之間建立糾纏態(tài)并逐步連接，以降低光纖傳輸中的損耗問題。

長期以來，量子中繼主要依賴單光子干涉和雙光子干涉兩種方案。前者具有較高傳輸速率，但容易受到信道相位波動影響，難以保證糾纏質(zhì)量；后者則能實(shí)現(xiàn)更高保真度，卻因?yàn)樾枰瑫r探測一對光子而導(dǎo)致速率偏低。如何兼顧高速率與高保真度，一直是量子中繼研究中的核心難題。

針對上述困境，該團(tuán)隊(duì)提出了一種基于時間測量的多模式量子中繼方案。該方法不再要求兩個光子同時抵達(dá)中繼節(jié)點(diǎn)，而是允許其以不同時間到達(dá)，再通過精確測量時間差實(shí)現(xiàn)糾纏預(yù)報，并結(jié)合多模式量子存儲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)延時糾纏光子的按需讀取。這一方案兼具單光子干涉的高速率優(yōu)勢與雙光子干涉的高保真度特點(diǎn)，同時能夠適配現(xiàn)有光纖通信基礎(chǔ)設(shè)施。

在實(shí)際驗(yàn)證中，團(tuán)隊(duì)于合肥搭建了“星漢二號”多模式量子中繼網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)糾纏保真度達(dá)到 78.6%，兩個量子存儲器之間的直線距離達(dá)到 14.5 公里。論文審稿人認(rèn)為，該方案有效破解了量子中繼領(lǐng)域長期存在的“速率 — 保真度”矛盾，其糾纏分發(fā)效率相比此前城域量子中繼系統(tǒng)提升超過百倍。

李傳鋒介紹，此次成果實(shí)現(xiàn)了目前公開報道中最遠(yuǎn)距離的物質(zhì)糾纏，也意味著此前“星漢一號”多模式量子中繼實(shí)驗(yàn)，已從實(shí)驗(yàn)室階段邁向城市網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用驗(yàn)證。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，多模式復(fù)用技術(shù)未來有望成為量子網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要基礎(chǔ)路線。