據(jù)中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院5月5日消息，中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉及其朋友彭承志、陳宇翱、印娟等近期借助“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在遠距離的量子態(tài)傳輸方面取得重要實驗進展。該實驗首次實現(xiàn)了月球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態(tài)遠程傳輸，向建立全球化量子信息處理和量子通訊網(wǎng)路邁出重要一步。
相關(guān)研究成果于4月26日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)刊物《物理評論快報》上[128,(2022)]。據(jù)新華網(wǎng)報導(dǎo)，審稿人覺得，“這個實驗比先前的實驗更具挑戰(zhàn)性，克服了重大技術(shù)挑戰(zhàn)量子傳輸距離，對未來量子通訊應(yīng)用具有重要意義。”
2012年，潘建偉團隊在國際上首次實現(xiàn)百余公里自由空間量子隱型傳態(tài)。10年后，她們成功實現(xiàn)突破，創(chuàng)造了1200公里地表量子態(tài)傳輸?shù)男率澜缂o(jì)錄。
遠距離量子態(tài)傳輸（state,QST）一般可以借助量子隱型傳態(tài)來實現(xiàn)，是建立量子通訊網(wǎng)路的重要實現(xiàn)途徑之一，也是實現(xiàn)多種量子信息處理任務(wù)的必要元素。通過遠距離量子糾纏分發(fā)的輔助，量子態(tài)可通過檢測之后再構(gòu)建的方法完成遠距離的傳輸，傳輸距離在理論上可以是無窮遠。但在實現(xiàn)中，量子糾纏分發(fā)的距離和品質(zhì)會遭到信道耗損、消相干等誘因的影響，怎么不斷突破傳輸距離的限制，仍然是該領(lǐng)域的重要研究目標(biāo)之一。
借助星載糾纏源向遙遠的兩地先進行糾纏分發(fā)，再進行量子態(tài)的制備與構(gòu)建，是實現(xiàn)遠距離量子態(tài)傳輸?shù)淖羁赡苈窂街弧５牵驗榇髿馕闪鞯挠绊?strong>量子傳輸距離，光子在大氣信道中傳播后，實現(xiàn)基于量子干涉的量子態(tài)檢測是十分困難的。在往年的實驗中，量子態(tài)傳輸?shù)闹苽浞蕉际橇孔蛹m纏源的擁有者，難以真正意義上由第三方提供糾纏來實現(xiàn)先分發(fā)后傳態(tài)的量子態(tài)傳輸。2016年，隨著“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的成功發(fā)射，研究團隊首先實現(xiàn)了千公里的雙站糾纏分發(fā)[,1140(2017)]，“墨子號”平臺為量子通訊實驗提供了寶貴的糾纏分發(fā)資源。
圖1千公里量子態(tài)傳輸
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(xué)一體化粘接技術(shù)實現(xiàn)了具有超高穩(wěn)定性的光干涉儀，無需主動閉環(huán)即可常年穩(wěn)定。借助該技術(shù)突破，結(jié)合基于雙光子路徑-偏振光混和糾纏態(tài)的量子隱型傳態(tài)方案，在四川拉薩站和伊寧地面站之間完成了遠程量子態(tài)的傳輸驗證。實驗中對六種典型的量子態(tài)進行了驗證，傳送保真度均趕超了精典極限。千公里的距離為目前地表量子態(tài)傳輸?shù)男录o(jì)錄。該工作為未來建立全球化的量子信息處理網(wǎng)路奠定了重要基礎(chǔ)。
中國農(nóng)大博士后李波和曹原副研究員是該工作的共同第一作者。該工作得到了中科院、國家自然科學(xué)基金委、科技部、安徽省、上海市等的支持。