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新聞來(lái)源:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 最近，聯(lián)合研究團隊在青海湖首次實(shí)現了基于四光子糾纏的97公里的自由空間量子態(tài)隱形傳輸，并首次實(shí)現了百公里的雙向糾纏分發(fā)和Bell不等式檢驗[Nature 488, 185 (2012)]。該實(shí)驗證明，無(wú)論是從高損耗的地面指向衛星的上行通道鏈路，或是從衛星指向兩個(gè)地面站的雙通道下行鏈路，實(shí)現量子態(tài)隱形傳輸和量子糾纏分發(fā)都是可行的，這為基于衛星的廣域量子通信和大尺度的量子力學(xué)基礎原理檢驗的實(shí)現奠定了堅實(shí)的基礎。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室潘建偉院士及其同事彭承志、陳宇翱等，與中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇、光電技術(shù)研究所黃永梅等組成的聯(lián)合研究團隊，在國際上首次成功實(shí)現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)，通過(guò)地基實(shí)驗堅實(shí)地證明了實(shí)現基于衛星的全球量子通信網(wǎng)絡(luò )的可行性，該研究成果于8月9日以封面標題的形式發(fā)表在國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。 在任意距離間傳輸未知量子態(tài)是實(shí)現遠距離量子通信和分布式量子網(wǎng)絡(luò )必不可少的環(huán)節，它可以通過(guò)遠距離量子態(tài)隱形傳輸和糾纏分發(fā)來(lái)實(shí)現。目前，量子態(tài)隱形傳輸和糾纏分發(fā)已經(jīng)在中等距離的光纖得到了實(shí)現，但是巨大的光子損耗和消相干效應使得要在光纖中實(shí)現更遠距離的量子傳輸必須引入量子中繼器，而量子中繼器的實(shí)用化在實(shí)驗上還是一個(gè)很大的挑戰。自由空間信道由于損耗小，比光纖通信更具可行性，結合衛星的幫助，將有可能在全球尺度上實(shí)現超遠距離的量子通信和量子力學(xué)基礎檢驗。 2005年，潘建偉小組在國際上首次實(shí)現了距離大于垂直大氣層等效厚度的自由空間雙向糾纏分發(fā)。此后，在中科院知識創(chuàng )新工程重大項目“遠距離量子通信實(shí)驗研究”、“空間尺度量子實(shí)驗關(guān)鍵技術(shù)與驗證”和中科院量子戰略性先導科技專(zhuān)項的持續支持下，潘建偉小組對自由空間量子實(shí)驗關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。2010年，該小組在國際上首次實(shí)現了16公里自由空間量子態(tài)隱形傳輸。從2010年開(kāi)始，中科院聯(lián)合研究團隊在青海湖地區建立實(shí)驗基地，開(kāi)展驗證星地自由空間量子通信可行性的地基實(shí)驗研究，從多個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)，旨在突破基于衛星平臺自由空間量子通信的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。 經(jīng)過(guò)近十年的艱苦努力，在中科院、科技部、基金委等的大力支持下，潘建偉小組為實(shí)現大尺度量子信息處理發(fā)展了若干關(guān)鍵量子技術(shù)。該小組發(fā)展的超高亮度量子糾纏源技術(shù)自2004年開(kāi)始一直處于國際領(lǐng)先水平，目前的亮度比十年前提高了500倍。該小組還發(fā)展了一套高精度的時(shí)間同步技術(shù)，在百公里量級時(shí)間同步精度達到1納秒。與此同時(shí)，中科院聯(lián)合研究團隊發(fā)展了一套高頻率、高精度的瞄準、捕獲和跟蹤技術(shù)和裝置，確保了百公里量子信道的衰減穩定在一個(gè)可以進(jìn)行實(shí)驗的范圍內，這是世界上首次將高頻率高精度的跟瞄技術(shù)應用到量子通信的實(shí)驗中，該技術(shù)可以用來(lái)跟蹤移動(dòng)目標，將來(lái)可以直接利用到衛星的跟瞄上。 利用所發(fā)展的若干核心量子技術(shù)，今年潘建偉小組在大尺度量子信息處理方面取得了系列重要進(jìn)展：在基于超高亮度糾纏源技術(shù)的基礎上，他們在國際上首次實(shí)現了八光子糾纏，論文發(fā)表在《自然》雜志的子刊《自然•光子學(xué)》上 [Nature Photonics 6, 225 (2012)]，歐美多家知名科技媒體，包括歐洲物理學(xué)會(huì )、美國麻省理工學(xué)院技術(shù)評論、美國物理學(xué)家組織、大眾科學(xué)、英國ZDNet網(wǎng)站等分別對其進(jìn)行了專(zhuān)題報道。隨后，他們利用八光子糾纏，在國際上首次實(shí)驗實(shí)現了拓撲量子糾錯，取得了可擴展容錯性量子計算領(lǐng)域的重大突破，論文發(fā)表在《自然》雜志上[Nature 482, 489 (2012)]，《自然》雜志的幾位審稿人給予了熱情洋溢的高度評價(jià)，稱(chēng)之為“非常重要的原理性實(shí)驗，一個(gè)艱苦卓絕的英雄主義的量子光學(xué)實(shí)驗”，“實(shí)驗的完成是完美而極具挑戰性的”，“對拓撲糾錯這一當前量子信息處理最引人注目的范例中關(guān)鍵一環(huán)的實(shí)驗驗證”。為此，《自然》專(zhuān)門(mén)邀請著(zhù)名量子光學(xué)專(zhuān)家James Franson教授在“新聞視角”欄目撰文對這個(gè)工作進(jìn)行了介紹。隨后，工作受到了歐洲物理學(xué)會(huì )的《物理世界》等許多科學(xué)媒體的關(guān)注。同時(shí)，潘建偉小組還在量子中繼器的實(shí)用化研究上取得了突破，他們成功實(shí)現了長(cháng)壽命、高讀出效率的量子存儲，該成果為目前國際上量子存儲綜合性能指標最好的實(shí)驗結果，朝著(zhù)最終實(shí)現實(shí)用化的量子中繼器邁進(jìn)了重要一步，論文發(fā)表在《自然》雜志的子刊《自然•物理》上 [Nature Physics 8, 517 (2012)]。 在上述系統技術(shù)的長(cháng)期發(fā)展和積累的基礎上，中科院聯(lián)合研究團隊2011年10月在青海湖首次成功地實(shí)現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和雙向糾纏分發(fā)，該實(shí)驗研究成果發(fā)表在8月9日出版的《自然》雜志上[Nature 488, 185 (2012)]。 最近，聯(lián)合研究團隊在青海湖首次實(shí)現了基于四光子糾纏的97公里的自由空間量子態(tài)隱形傳輸，并首次實(shí)現了百公里的雙向糾纏分發(fā)和Bell不等式檢驗[Nature 488, 185 (2012)]。該實(shí)驗證明，無(wú)論是從高損耗的地面指向衛星的上行通道鏈路，或是從衛星指向兩個(gè)地面站的雙通道下行鏈路，實(shí)現量子態(tài)隱形傳輸和量子糾纏分發(fā)都是可行的，這為基于衛星的廣域量子通信和大尺度的量子力學(xué)基礎原理檢驗的實(shí)現奠定了堅實(shí)的基礎。 該研究部分成果的預印本于今年5月在美國學(xué)術(shù)網(wǎng)站arXiv.org公開(kāi)后，立即引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。歐洲物理學(xué)會(huì )新聞網(wǎng)站以“物理學(xué)家宣布新的量子態(tài)隱形傳輸記錄”為題進(jìn)行了特別報道。美國《科學(xué)新聞》雜志更以“量子隱形傳輸的巨大飛躍”為題進(jìn)行了專(zhuān)題報道，文中寫(xiě)道“研究進(jìn)展使得基于衛星覆蓋全球的、實(shí)用化的遠距離量子通信網(wǎng)絡(luò )更為接近現實(shí)”，“為基于衛星的量子通信、遠距離的量子力學(xué)基本檢驗鋪平了道路”。英國《新科學(xué)家》雜志以“隱形傳輸記錄觸發(fā)全球保密量子網(wǎng)絡(luò )”為題進(jìn)行了報導�！蹲匀弧冯s志幾位審稿人對該成果給予了高度評價(jià)，稱(chēng)之為“來(lái)自于潘建偉小組的另一個(gè)英雄的實(shí)驗工作”，“有望成為遠距離量子通信的里程碑”�！蹲匀弧冯s志還在該論文發(fā)表前向各大科學(xué)新聞媒體發(fā)布了題為“通向全球化量子網(wǎng)絡(luò )”的新聞稿，并同時(shí)在《自然》雜志的當期封面上發(fā)布“量子隱形傳態(tài)跨越了百公里鴻溝”的封面標題。 （微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室、科技處） |
