北京
來源：新華社
記者：戴威、何曦悅
記者2月6日從中國科學技術大學獲悉，中科大潘建偉、汪野、包小輝、張強、萬雍等人和多位業內專家合作，在可擴展量子網絡研究方面取得重大突破：他們在國際上首次構建出可擴展量子中繼的基本模塊，使遠距離量子網絡成為現實可能；與此同時，他們實現單原子節點間的遠距離高保真糾纏，并在此基礎上首次將器件無關量子密鑰分發的傳輸距離突破百公里。相關成果2月6日發表于國際學術期刊《自然》和《科學》。
中國科大實現可擴展量子中繼核心組件與百公里器件無關量子密鑰分發
圖片來源：中國科學技術大學
量子信息科學的終極目標是構建高效、安全的量子網絡。構建量子網絡的基本要素是遠距離確定性量子糾纏分發。基于量子糾纏，不僅可通過量子密鑰分發實現經典信息的安全傳輸，還可通過量子隱形傳態為量子計算機與用戶之間量子信息的交互提供唯一有效途徑。
光纖的固有損耗導致量子糾纏的傳輸效率隨距離成指數衰減，是構建可擴展量子網絡面臨的最大挑戰。
量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案。利用該方案在光纖中進行距離為1000公里的糾纏分發，比直接在光纖中傳輸的效率將提升100億億倍。然而，以往量子糾纏壽命遠遠短于產生糾纏所需時間，因此無法實現糾纏有效連接，制約了量子中繼的可擴展性。
針對這一難題，研究團隊通過發展長壽命囚禁離子量子存儲器、高效率離子-光子通信接口及高保真度單光子糾纏協議，首次實現長壽命量子糾纏，糾纏壽命顯著超過糾纏建立所需的時間，成功構建可擴展量子中繼的基本模塊，使遠距離量子網絡成為可能。
量子網絡示意圖
圖片來源：中國科學技術大學
此外，研究團隊基于可擴展量子中繼技術，實現兩個銣原子間的遠距離高保真糾纏。在此基礎上，他們首次將設備無關量子密鑰分發的距離突破百公里，較國際此前最好實驗水平提升兩個數量級以上，極大推進了該技術的實用化進程。
研究人員表示，上述突破標志著基于量子糾纏的光纖量子網絡正在從理論構想走向現實可能。
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