中国研究团队在量子中继与网络技术上实现新突破

中国研究团队12日在英国《自然》杂志发表新论文介绍，他们成功在两个由50公里长光纤连接的量子存储器间实现量子纠缠，为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。这项研究由中国科学技术大学、济南量子技术研究院以及中国科学院上海微系统与信息技术研究所合作开展。

团队表示，学术界广泛采用的量子通信网络发展路线是通过基于卫星的自由空间信道实现广域覆盖，同时利用光纤网络实现城域及城际地面覆盖。然而光子在光纤上的节点间传输时，受限于光纤的固有衰减，目前最远的点对点地面安全通信距离仅为百公里量级。 

研究负责人之一、中国科学技术大学的潘建伟教授告诉新华社记者：“要拓展量子通信的距离，一个方法是将点对点传输改为分段传输，并采用量子中继技术进行级联，即将整个通信线路分几段，每段损耗都较小，再通过量子中继器将这几段连接起来，这使得构建全量子网络成为可能。”

然而，受限于光与原子纠缠亮度低等技术瓶颈，此前最远光纤量子中继仅为公里量级。为实现远距离量子存储器间的连接，团队克服了多项技术挑战。例如，他们自主研发了周期极化铌酸锂波导，通过非线性差频过程，将存储器的光波长由近红外转换至通信波段，经过50公里的光纤仅衰减至百分之一以上，效率相比之前提升了16个数量级。

实验中，研究团队结合多项新技术，成功在两个由50公里长光纤连接的量子存储器间实现双节点的量子纠缠。这一距离足以用于连接两座城市。

潘建伟说：“作为原理性验证，这个实验中的两个量子存储器是在同一实验室内，通过50公里长的光纤盘连接；下一步要在空间真正分离的系统中开展研究，推动这项技术的实际应用。”

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-1976-7