我首次實現(xiàn)可擴展量子中繼器的光學演示

科技日報合肥10月31日電 (記者吳長鋒)科技日報記者10月31日從中國科技大學獲悉，該校潘建偉教授及其同事在國際上首次利用參量下轉(zhuǎn)換光源實現(xiàn)了基于線性光學的量子中繼器中的嵌套糾纏純化和二級糾纏交換過程。這兩項成果論文日前分別發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然·光子學》和《物理評論快報》上。

量子中繼器是地面實用化遠距離量子通信中必不可少的關鍵器件。受到通信鏈路衰減和噪聲等因素的影響，直接進行量子通信的節(jié)點距離存在極限。為了突破這一極限，可以利用量子中繼器連接多個通信節(jié)點，從而實現(xiàn)遠距離的量子通信。

潘建偉團隊在多光子糾纏制備和操縱方面一直處于世界領先地位。本次工作則基于八體糾纏光源，首次演示了嵌套量子糾纏純化和級聯(lián)量子糾纏交換。通過巧妙地設置貝爾態(tài)測量裝置，不僅能完全消除糾纏交換過程中的雙光子干擾項，同時還保留分發(fā)量子態(tài)進一步可操縱性。結(jié)合使用光纖模擬量子存儲以及測量反饋裝置，成功地實現(xiàn)了可擴展量子中繼器的光學演示。

這一開創(chuàng)性的工作使得基于參量下轉(zhuǎn)換光源構(gòu)建量子中繼器的可行性獲得了進一步的驗證。該技術(shù)還可直接應用于基于原子系綜的量子中繼器。

這兩項工作均在國際上逾越了以往只能演示量子中繼器中單次糾纏操縱的長期技術(shù)障礙，首次實現(xiàn)了對量子態(tài)的連續(xù)糾纏操控，成功基于線性光學系統(tǒng)發(fā)展了可擴展量子中繼器技術(shù)。基于該技術(shù)，以往量子糾纏交換過程中阻礙分發(fā)態(tài)被進一步相干操作的主要噪聲可以被自動剔除，這為將來實現(xiàn)基于原子系綜的可擴展線性光量子中繼器提供了前瞻性的技術(shù)指引。