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“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)一千二百公裡地表量子態(tài)傳輸

2022年05月07日08:11 | 來(lái)源:光明日?qǐng)?bào)
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記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校潘建偉院士及其同事彭承志、陳宇翱、印娟等利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,首次實(shí)現(xiàn)了地球上相距1200公裡兩個(gè)地面站之間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸,向構(gòu)建全球化量子信息處理和量子通信網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。相關(guān)成果日前在線發(fā)表於《物理評(píng)論快報(bào)》。

2012年,潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)百公裡自由空間量子隱形傳態(tài)。10年過(guò)去,團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)突破,刷新了1200公裡地表量子態(tài)傳輸?shù)男录o(jì)錄。

遠(yuǎn)距離量子態(tài)傳輸通??梢岳昧孔与[形傳態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn),是構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要實(shí)現(xiàn)途徑之一,也是實(shí)現(xiàn)多種量子信息處理任務(wù)的必要元素。通過(guò)遠(yuǎn)距離量子糾纏分發(fā)的輔助,量子態(tài)可通過(guò)測(cè)量然后再重構(gòu)的方式完成遠(yuǎn)距離傳輸,傳輸距離在理論上可以是無(wú)窮遠(yuǎn)。

但在實(shí)現(xiàn)中,量子糾纏分發(fā)的距離和品質(zhì)會(huì)受到信道損耗、消相干等因素的影響。如何不斷突破傳輸距離的限制,一直是該領(lǐng)域的重要研究目標(biāo)之一。

利用星載糾纏源向遙遠(yuǎn)的兩地先進(jìn)行糾纏分發(fā),再進(jìn)行量子態(tài)的制備與重構(gòu),是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子態(tài)傳輸?shù)淖羁赡苈窂街?。然而,由於大氣湍流的影響,光子在大氣信道中傳播后,?shí)現(xiàn)基於量子干涉的量子態(tài)測(cè)量非常困難。

在以往實(shí)驗(yàn)中,量子態(tài)傳輸?shù)闹苽浞蕉际橇孔蛹m纏源的擁有者,無(wú)法真正意義上由第三方提供糾纏來(lái)實(shí)現(xiàn)先分發(fā)后傳態(tài)的量子態(tài)傳輸。隨著“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的成功發(fā)射,潘建偉團(tuán)隊(duì)首先實(shí)現(xiàn)了千公裡的雙站糾纏分發(fā),“墨子號(hào)”平臺(tái)為量子通信實(shí)驗(yàn)提供了寶貴的糾纏分發(fā)資源。

為了解決遠(yuǎn)距離湍流大氣傳輸后的量子光干涉難題,實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用光學(xué)一體化粘接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有超高穩(wěn)定性的光干涉儀,無(wú)須主動(dòng)閉環(huán)即可長(zhǎng)期穩(wěn)定。結(jié)合基於雙光子路徑-偏振混合糾纏態(tài)的量子隱形傳態(tài)方案,在雲(yún)南麗江站和德令哈地面站之間完成了遠(yuǎn)程量子態(tài)的傳輸驗(yàn)証,並且在實(shí)驗(yàn)中對(duì)六種典型的量子態(tài)進(jìn)行了驗(yàn)証,傳送保真度均超越了經(jīng)典極限。

審稿人認(rèn)為:“這個(gè)實(shí)驗(yàn)比以前實(shí)驗(yàn)更具挑戰(zhàn)性,克服了重大的技術(shù)挑戰(zhàn),對(duì)未來(lái)量子通信的應(yīng)用具有重要意義?!保ǘ∫圾Q、馬榮瑞、王敏)

(責(zé)編:李依環(huán)、熊旭)

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