中国实现世界上第一个“量子桥”技术可以将量子通信速率

据央视新闻报道，近日，中国科学家在世界上首次实现了两个吸收量子存储器之间可预测的量子纠缠，演示了多模量子中继，为高速大规模量子网络的构建提供了全新的实现方案。

据报道，中国科学技术大学院士团队李传峰、周宗泉在世界上首次实现了多模复用量子中继基础链路，就像“鹊桥”一样，可以将量子世界中遥远的“牛郎织女”之间的通信速率提高4倍。

实验装置(图片来自央视新闻，下同)

众所周知，由于单光子在光纤传输中的指数损耗，光纤中量子态的传输距离被限制在100公里的数量级。为了建立一个全国性乃至全球性的量子网络，有必要采用量子中继方案。基本思想是将长距离纠缠传输任务分解为多段短距离基本链路，在基本链路上建立可预测的量子存储器间的纠缠，然后利用纠缠交换技术将量子纠缠扩展到目标距离。

基于吸收量子存储器实现量子中继示意图

经过多年的研究，研究小组利用吸收量子记忆成功演示了量子中继的基本环节。基本链路由两个分离的量子节点和一个中间站贝尔状态测量装置组成。除了“牛郎”和“织女”量子记忆外，每个量子节点还有一个纠缠光子对。在实验中，每个纠缠光子对的一个光子被量子存储器捕获并存储，每个纠缠光子对的另一个光子同时通过光纤传输到中间站“鹊桥”进行贝尔态测量，测量过程就是纠缠建立的过程。

成功的贝尔态测试将完成一次成功的纠缠交换操作，使得两个固态量子存储器之间的量子纠缠相隔3.5米，即使两个存储器之间没有直接的相互作用。在量子中继基本链路演示实验中，重复使用了四种时间模式，使纠缠分布率提高了四倍，测量的纠缠保真度达到80.4%。该工作证明了基于吸收量子存储构建量子中继的可行性，并首次展示了量子中继中多模复用的加速。

这一成果发表在6月2日的国际学术期刊《自然》上。