（觀察者網訊）據觀察者網從中國科學技術學院量子化學與量子信息研究部網站據悉，中國科學技術學院院長潘建偉及其朋友陳宇翱、徐飛虎等在國際上首次實驗實現全光量子中繼器的原理性驗證，為建立遠距離光纖量子網路開辟了新途徑。該成果于近期在國際學術權威刊物《自然·光子學》上在線發表。
在遠距離量子通訊的過程中，信道傳遞的量子態常常隨著通訊距離的降低而指數降低，這極大地限制了量子通訊的有效傳輸距離。怎樣實現遠距離量子通訊仍然以來都是國際研究的熱點。目前主要有兩種解決方案。其二是在幾乎真空，量子訊號耗損極小的外太空，借助衛星擴充量子通訊距離；我國于2016年成功發射了國際首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，成功驗證了這一方案的可行性。其一是在光纖網路中使用量子中繼器，將一段長距離光纖信道分割成多段距離比較短的信道，促使量子訊號不再隨距離的降低而指數衰減，因而擴充量子通訊距離。
鑒于量子中繼器的重要科學和應用價值，國際上關于量子中繼器研究的競爭十分激烈。傳統量子中繼器須要基于糾纏交換、糾纏純化、量子儲存三個必不可少的技術。但是，目前的量子儲存性能有限，實現實用化量子中繼器還需假以時日。全光量子中繼方案在理論上可以實現無需量子儲存的量子中繼器，為借助量子中繼器實現遠距離光纖量子通訊網路提供了另一種原則上可行的方案。
實驗裝置圖
在該項工作中，研究團隊首先對原始的全光量子中繼方案進行改進，設計了實驗可行的方案。在該方案中量子傳輸速率，研究團隊使用了光子GHZ態和后選擇貝爾檢測來實現不同信道間光子對的任意聯接，進而有效地提高量子信道中糾纏態的分發成功機率。之后，研究團隊借助六個獨立的熱阻下轉換雙光子糾纏源量子傳輸速率，在實驗上成功地搭建了一個基于十二光子的全光量子中繼器，測試了該量子中繼器的各方面性能，并在實驗上驗證了其相比于糾纏交換方案的優勢。實驗結果顯示，全光量子中繼器可以有效提高量子態的傳輸速度，因而拓展量子通訊的傳輸距離。
該項工作成功驗證了全光量子中繼器的可行性，在原理上促使量子儲存器不再是搭建量子中繼器的必要條件，為實用化量子中繼器的研究開辟了新途徑。