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基于量子中繼的量子通信網絡技術取得重大突破
日期:2020年03月11日 10:06     

  近日,我國在基于量子中繼的量子通信網絡技術方面取得重大突破,在國際上首次實現相距50公里光纖的存儲器間的量子糾纏。中國科學技術大學、濟南量子技術研究院、中科院上海微系統與信息技術研究所等單位的科學家合作,通過高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉換和遠程單光子精密干涉等技術,成功地將相距50公里光纖的兩個量子存儲器糾纏起來,為構建基于量子中繼的量子網絡奠定了基礎。

  目前,國際上普遍采用衛星的自由空間信道來實現廣域大尺度覆蓋,再通過光纖網絡來實現城域及城際的地面覆蓋。受限于光信號長距離傳輸過程中呈指數衰竭的問題,點對點的地面安全通信距離僅為百公里量級。為解決光信號在光纖內衰減問題,實現地面長距離安全通信,此前嘗試采用分段傳輸,通過量子中繼技術進行級聯的方式,最遠光纖量子中繼傳輸僅為公里量級。

  研究團隊采用環形腔增強技術提升單光子與原子系綜間耦合,并優化光路傳輸效率,將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個數量級。隨后,自主研發周期極化鈮酸鋰波導,將存儲器的光波長由近紅外(795 nm)轉換至通信波段(1342 nm),經過50公里的光纖僅衰減至百分之三,效率與之前在50公里光纖中光信號將衰減至百億億分之三相比,提升了16個數量級;通過設計并實施雙重相位鎖定方案,實現遠程單光子干涉,成功地把經過50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右。研究團隊最終將以上技術整合,實現了經由50公里光纖傳輸的雙節點糾纏,并演示了經由22公里外場光纖的雙節點糾纏。該成果得到了包括美國《科學》雜志、麻省理工科技評論、美國《科學新聞》、英國《新科學家》等在內的國際著名科學媒體的廣泛關注,認為這項工作使得量子互聯網的實現更近一步。

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