日前，中國科學技術學院潘建偉教授團隊借助“墨子號”量子科學實驗衛星，在遠距離量子態傳輸方面取得重要實驗進展，實現了1200公里地表量子態傳輸的新紀錄。
前述團隊潘建偉教授及朋友彭承志、陳宇翱、印娟等在實驗中首次實現了月球上相距1200公里的兩個地面站之間量子態遠程傳輸，向建立全球化量子信息處理和量子通訊網路邁出了重要一步。相關成果在線發表于《物理評論快報》()。
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圖片來自《物理評論快報》()
早在2012年，中科大潘建偉團隊在國際上首次實現百公里量級的自由空間量子隱型傳態和糾纏分發，通過地基實驗，證明了實現基于衛星的全球量子通訊網路的可行性。
遠距離量子態傳輸(QST)一般可以借助量子隱型傳態來實現，是建立量子通訊網路的重要實現途徑之一，也是實現多種量子信息處理任務的必要元素。通過遠距離量子糾纏分發的輔助，量子態可通過檢測之后再構建的方法完成遠距離傳輸，傳輸距離在理論上可以達到無窮遠。
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星地量子秘鑰分發實驗，2017年5月拍攝于成都南山，多張相片合成了衛星過境的概貌，背景是星體的星軌，圖片來自中科院
但在實現中，量子糾纏分發的距離和品質會遭到信道耗損、消相干等誘因的影響量子傳輸距離，怎么不斷突破傳輸距離的限制，仍然是該領域的重要研究目標之一。
借助星載糾纏源，向遙遠的兩地先進行糾纏分發，再進行量子態的制備與構建，是實現遠距離量子態傳輸的最可能路徑之一。但是，因為大氣紊流影響，光子在大氣信道中傳播后，要實現基于量子干涉的量子態檢測是十分困難的。
在往年實驗中，量子態傳輸的制備方都是量子糾纏源的擁有者，難以真正意義上由第三方提供糾纏來實現先分發后傳態的量子態傳輸。2016年，隨著“墨子號”量子科學實驗衛星成功發射，研究團隊首先實現了千公里的雙站糾纏分發，“墨子號”平臺為量子通訊實驗提供了寶貴的糾纏分發資源。
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墨子號量子通訊衛星模型，圖片來自人民視覺
這次，為了克服遠距離紊流大氣傳輸后的量子光干涉困局，實驗團隊借助光學一體化粘接技術實現了具有超高穩定性的光干涉儀量子傳輸距離，無需主動閉環即可常年穩定。借助該技術突破，結合基于雙光子路徑-偏振光混和糾纏態的量子隱型傳態方案，在四川拉薩站和伊寧地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證。實驗中對六種典型的量子態進行了驗證，傳送保真度均趕超了精典極限。
前述研究實現的千公里距離成為目前地表量子態傳輸的新紀錄，為未來建立全球化的量子信息處理網路奠定了重要基礎。審稿人評價，“這個實驗比先前實驗更具挑戰性，克服了重大的技術挑戰，對未來量子通訊的應用具有重要意義。”
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千公里量子態傳輸，圖片來自中科大
論文共同第一作者為中科大博士后李波和副研究員曹原。前述研究獲得中科院、國家自然科學基金委、科技部、安徽省、上海市等支持。