【科技前沿】
本報合肥5月17日電(記者丁一鳴)日前，中國科學技術大學潘建偉、包小輝、張強等首次采用單光子干涉在獨立存儲節點間建立糾纏，并以此為基礎構建了國際首個基于糾纏的城域三節點量子網絡。該工作使得現實量子糾纏網絡的距離由以往的幾十米整整提升了三個數量級至幾十公里，為后續開展盲量子計算、分布式量子計算、量子增強長基線干涉等量子網絡應用奠定了科學與技術基礎。相關研究成果發表在國際學術期刊《自然》上。
通過量子態的遠程傳輸來構建量子網絡是大尺度量子信息處理的基本要素。基于量子網絡，可以實現廣域量子密鑰分發以及分布式量子計算和量子傳感，構成未來“量子互聯網”的技術基礎。目前，基于單光子傳輸的量子密鑰網絡已發展成熟，而面向分布式量子計算、分布式量子傳感等進一步量子網絡應用，則需要采用量子中繼技術在遠距離量子存儲器間構建量子糾纏，在此基礎上通過廣域量子隱形傳態將各個量子信息處理節點連接起來。
在遠距離分離的獨立量子存儲器之間建立糾纏，主要挑戰在于如何控制單光子相位。基于單光子干涉的糾纏方案在糾纏速率方面有重大優勢，然而實驗難度非常高。糾纏過程中量子存儲的控制激光、頻率轉換泵浦激光、長光纖信道等帶來的細微相位抖動，會導致最終生成糾纏的退相干。為解決這一難題，團隊設計并發展了一套非常精巧的相位控制方案：首先通過超穩腔穩頻來壓制控制激光線寬，其次通過光鎖相環來構建讀寫激光間的相位關聯，最后通過遠程分時相位比對來構建兩節點間的相位關聯。采用以上相位控制技術，并利用量子頻率轉換，團隊成功實現了相距十幾千米遠的量子存儲器之間的糾纏。以此為基礎，研究團隊構建了國際上首個城域三節點量子糾纏網絡，該網絡可以在任意兩個量子存儲器節點間建立糾纏。
《自然》雜志審稿人評價，“他們的成果開啟了量子互聯網研究的新篇章”“為未來大規模量子網絡鋪平了道路”。(光明日報)