其中,基于量子光學方案的量子隱型傳態為量子互聯網建立提供了一種重要的方案:包括連續變量(CV)與離散變量(DV)兩個量子化學體系。但是,因為量子信道耗損的降低可能減緩CV系統的退相干,致使CV系統的距離被限制在10公里左右。
DV體系的量子隱型傳態有望將量子信息傳遞距離延展到數千公里。目前,基于DV體系,科學家們早已在光子不同自由度上完成了從室外到外場的量子隱型傳態:例如,基于“墨子號”衛星,上千公里的量子隱型傳態早已得到實驗驗證。
在這種工作基礎上,研究小組在實驗上首次驗證了赫茲速度的城域量子隱型傳態,為推動量子互聯網的持續發展具有重要作用,是朝著實用化前進的一個里程碑式工作。
此次工作建成的“銀杏一號”城域量子互聯網,使用利誘態時間片量子比特對待傳遞的量子信息進行編碼,在突破許多關鍵技術的基礎上,首次將城域量子隱型傳態的速度提高至赫茲量級。
1)高重頻量子糾纏光源。研究團隊研發出具有自主知識產權的量子糾纏光源,使用單個跳線耦合周期極化激元波導模塊,實現了500MHz重頻觸發的高質量量子糾纏光源。
2)手動化光子全同測控裝置。為了保障量子隱型傳態的成功量子傳輸速度,提升貝爾態投影檢測效率量子傳輸速度,需確保來自Alice和Bob的光子在長距離光纖傳輸后保持全同。研究團隊自主研制出手動化光子全同測控裝置,通過對量子信道中的光子偏振光及信噪比信息進行實時感知,實現了快速響應的光纖信道光子全同穩定測控技術。
3)高性能超導納拉面單光子偵測器。中科院武漢微系統所尤立星團隊為實驗系統提供了高偵測效率、低暗計數、低時間晃動的高性能超導納拉面單光子偵測器,用于高效率貝爾態投影檢測和光量子態測量過程。
進一步地,研究團隊分別使用量子態層析及引誘態方式獲得隱型傳態的保真度均小于精典極限(66.7%),并通過三重符合檢測得到量子態傳遞速度為7.1Hz,首次實驗驗證了赫茲速度城域量子隱型傳態的可行性。
典型量子態傳遞保真度結果。
適逢成果發布之際,光子盒有幸同論文通信作者周強老師展開了交流。
盒叔:我們了解到這項成果被命名為“銀杏一號”,命名的緣由是哪些?
周強:烏桕是電子科技學院的標志之一,校內有水杉大街、銀杏飯店等命名。研究成果是在校園內城域量子互聯網基礎上取得,我們希望通過這些方法抒發對中學的謝謝。
盒叔:尤立星老師團隊在這項成果中提供了如何的技術支持?
周強:尤老師團隊在超導納拉面單光子偵測器方面做了重要的支持,提供了工作波長、探測效率、暗計數、時間晃動等方面與系統兼容的偵測裝置,提供了挺好的合作。
盒叔:這次成果,您認為最滿意、最有意義的是哪些?
周強:最有意義的地方是首次在學院校園內建成量子糾纏互聯的實驗研究平臺,并產出令人激動的國際領先成果。
盒叔:“研制出高重頻量子光源、自動化光子全同測控裝置、高性能超導納拉面單光子偵測器,突破了量子信息載源、量子信道構建、量子信息檢查等技術困局,首次完成‘赫茲速度’的城域量子隱型傳態。”
可以給我們講講上述專業術語對于這次成果的作用、意義嗎?
周強:量子互聯網從基礎研究邁向應用的必由之路是不斷提高量子信息的傳輸性能。與互聯網技術的發展一樣,研究人員須要不斷提高信源、信道、信宿的性能,能夠加快領域的不斷發展。例如,在過去20年左右的時間中,我們經歷了無線互聯技術的不斷升級,目前你們正在研究怎樣建立6G無線互聯網。量子互聯網中的信源是光子、信道為傳輸光子的光纖或則自由空間、信重臣對光量子信息進行檢測和偵測。
這次成果的取得得益于團隊在上述三個方面的多年積累,包括在高速率/高重頻量子糾纏光源、弱相干引誘態光源,手動化光纖通道測控(通過測控光子的全同性來實現),超導納拉面單光子偵測等方面的技術突破。
盒叔:最后一個問題,量子糾纏技術或量子光源糾纏技術目前發展到了那個階段?
周強:量子糾纏光源技術在工作波長、糾纏自由度等方面有好多技術分支,研究團隊在通訊波段的時間片或時間-能量糾纏光源方面具有小批量研發生產能力。
盒叔說:
IN
這次的“銀杏一號”城域量子互聯網的傳態速度達到了赫茲量級,結合集成量子光源、量子儲存中繼、量子信息節點等核心元件,未來有望研發出“高速率、高保真、多用戶、長距離”的量子互聯網設施,進一步推動量子互聯網走向實際應用。
我們也期盼、祝愿課題組取得更多相關突破。
參考鏈接:
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