中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)基于冷原子量子存儲(chǔ)的量子中繼器

  目前，安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注?；诹孔恿W(xué)的基本原理，量子通信具有率和安全等特點(diǎn)，并因此成為上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。然而，作為量子通信的基本資源，脆弱的糾纏光子極易被信道吸收，造成信號(hào)隨通信距離指數(shù)衰減、誤碼率提高進(jìn)而導(dǎo)致通信失敗。因此，目前量子通信的距離被限制在100公里的量級(jí)。類比于傳統(tǒng)的電子通信中為了補(bǔ)償電信號(hào)衰減而進(jìn)行整形和放大的電子中繼器，奧地利科學(xué)家在理論上提出，可以通過(guò)量子存儲(chǔ)技術(shù)和量子糾纏交換和純化技術(shù)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)量子中繼器，從而zui終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的長(zhǎng)程量子通信。盡管潘建偉及其奧地利的同事已經(jīng)分別在1998年和2003年在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了糾纏交換和糾纏純化，但是，量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)卻一直存在著很大的困難。為了解決量子存儲(chǔ)問(wèn)題，上人們做了大量的研究工作。比如段路明及其奧地利、美國(guó)的合作者就曾于2001年提出了基于原子系綜的另一類量子中繼器方案。由于這一方案具有易于實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界的廣泛重視。然而，隨后的研究表明，由于這一類量子中繼器方案存在著諸如糾纏態(tài)對(duì)信道長(zhǎng)度抖動(dòng)過(guò)于敏感、誤碼率隨信道長(zhǎng)度增長(zhǎng)過(guò)快等嚴(yán)重問(wèn)題，無(wú)法被用于實(shí)際的長(zhǎng)程量子通信中。

    為了解決上述困難，潘建偉、陳增兵和趙博等在理論上提出了具有存儲(chǔ)功能的，并且對(duì)信道長(zhǎng)度抖動(dòng)不敏感、誤碼率低的率量子中繼器方案。同時(shí)，中國(guó)科大潘建偉研究小組及其德國(guó)、奧地利的同事經(jīng)過(guò)多年的合作研究，在逐步實(shí)現(xiàn)了光子-原子糾纏、光子比特到原子比特的量子隱形傳態(tài)等重要階段性成果的基礎(chǔ)上，zui終實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了完整的“量子中繼器”基本單元。由于量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)在量子信息研究中的重要意義，《自然》雜志為此專門向科學(xué)新聞媒體發(fā)布了題為“量子推動(dòng) （Quantum Boost）”的新聞稿，稱贊該工作“掃除了量子通信中的一大絆腳石”。