本網訊（記者陳婉婉）記者6月2日從中國科學技術學院據悉，該校郭光燦教授團隊李傳鋒、周宗權研究組首次實現多模式復用的量子中繼基本鏈路，突顯了多模式復用的量子通訊加速療效，并實現了兩個固態儲存器的量子糾纏。該工作為高速率、大尺度量子網路的建設提供了全新的實現方案。相關科研成果在《自然》期刊發表。
遠程量子糾纏傳輸是建立全球量子通訊網路的核心任務。但是，受限于光子數在光纖中的指數衰減，地面直接傳輸距離被限制在百公里水平。“牛郎織女尚可一年一會，而通過光纖向距離一千公里外的地方每秒發射一百億個光子，要花三百年才會接收到一個光子。”中科大科研團隊向記者介紹遠程量子糾纏傳輸困局時形象地說。因此，科學家們提出量子中繼的思想，將要遠距離傳輸界定為若干短距離基本鏈路，先在基本鏈路的兩個臨近節點間構建可預報的量子糾纏，之后通過糾纏交換技術進行級聯，因而逐漸擴大量子糾纏的距離。
實現量子中繼的核心元件就是量子儲存器，它被用于存儲光子糾纏態，待相鄰儲存器糾纏成功后，再執行下一步糾纏交換。此前，研究者已在冷原子二氧化碳和單量子系統中實現量子中繼的基本鏈路，但均采用發射型量子儲存器。發射型儲存器的糾纏光子是由儲存器直接發射下來的，其結構簡潔，但兼容性較差，無法同時滿足確定性量子光源及多模式復用這兩個量子中繼中關鍵的通訊加速技術。
李傳鋒、周宗權研究組常年從事基于稀土參雜晶體的吸收型量子儲存器的研究。在基于吸收型量子儲存器的量子中繼構架中，量子光源是與量子儲存器相獨立的，所以這些構架可以同時兼容確定性量子光源以及多模式復用，是目前理論上傳輸速度最快的量子中繼方案。
經過兩年多的不懈努力量子傳輸速率，該研究團隊成功使用吸收型量子儲存器演示了量子中繼的基本鏈路。一個基本鏈路由兩個分離的量子節點，以及中間站點貝爾態檢測裝置組成。每位量子節點中不僅“牛郎”“織女”量子儲存器之外，還各有一個糾纏光子對。實驗中，每位糾纏光子對中的一個光子被量子儲存器捕獲并儲存，每位糾纏光子對的另一個光子通過光纖同時傳輸至中間站點“鵲橋”進行貝爾態檢測，檢測的過程就是糾纏構建的過程。因而，“牛郎”和“織女”借助“鵲橋”可以在沒碰面的情況下成功構建糾纏。實驗成功演示了4個時間模式的并行復用，獲得了4倍加速的糾纏分發速度，驗證了通過貝爾態檢測預報兩個節點之間的糾纏保真度超過80%。
該研究團隊表示，借助吸收型量子儲存器有望在未來實現高效率的量子中繼和量子網路，進一步促進量子世界里“牛郎與織女”的順利通訊。下一步，研究組將繼續增強量子儲存器的各項指標，并采用確定性糾纏光源，因而急劇增強糾纏分發的速度量子傳輸速率，努力實現趕超光纖直接傳輸的實用化量子中繼器。