其中,基于量子光学方案的量子隐型传态为量子互联网建立提供了一种重要的方案:包括连续变量(CV)与离散变量(DV)两个量子化学体系。但是,因为量子信道耗损的降低可能减缓CV系统的退相干,致使CV系统的距离被限制在10公里左右。
DV体系的量子隐型传态有望将量子信息传递距离延展到数千公里。目前,基于DV体系,科学家们早已在光子不同自由度上完成了从室外到外场的量子隐型传态:例如,基于“墨子号”卫星,上千公里的量子隐型传态早已得到实验验证。
在这种工作基础上,研究小组在实验上首次验证了赫兹速度的城域量子隐型传态,为推动量子互联网的持续发展具有重要作用,是朝着实用化前进的一个里程碑式工作。
此次工作建成的“银杏一号”城域量子互联网,使用利诱态时间片量子比特对待传递的量子信息进行编码,在突破许多关键技术的基础上,首次将城域量子隐型传态的速度提高至赫兹量级。
1)高重频量子纠缠光源。研究团队研发出具有自主知识产权的量子纠缠光源,使用单个跳线耦合周期极化激元波导模块,实现了500MHz重频触发的高质量量子纠缠光源。
2)手动化光子全同测控装置。为了保障量子隐型传态的成功量子传输速度,提升贝尔态投影检测效率量子传输速度,需确保来自Alice和Bob的光子在长距离光纤传输后保持全同。研究团队自主研制出手动化光子全同测控装置,通过对量子信道中的光子偏振光及信噪比信息进行实时感知,实现了快速响应的光纤信道光子全同稳定测控技术。
3)高性能超导纳拉面单光子侦测器。中科院武汉微系统所尤立星团队为实验系统提供了高侦测效率、低暗计数、低时间晃动的高性能超导纳拉面单光子侦测器,用于高效率贝尔态投影检测和光量子态测量过程。
进一步地,研究团队分别使用量子态层析及引诱态方式获得隐型传态的保真度均小于精典极限(66.7%),并通过三重符合检测得到量子态传递速度为7.1Hz,首次实验验证了赫兹速度城域量子隐型传态的可行性。
典型量子态传递保真度结果。
适逢成果发布之际,光子盒有幸同论文通信作者周强老师展开了交流。
盒叔:我们了解到这项成果被命名为“银杏一号”,命名的缘由是哪些?
周强:乌桕是电子科技学院的标志之一,校内有水杉大街、银杏饭店等命名。研究成果是在校园内城域量子互联网基础上取得,我们希望通过这些方法抒发对中学的谢谢。
盒叔:尤立星老师团队在这项成果中提供了如何的技术支持?
周强:尤老师团队在超导纳拉面单光子侦测器方面做了重要的支持,提供了工作波长、探测效率、暗计数、时间晃动等方面与系统兼容的侦测装置,提供了挺好的合作。
盒叔:这次成果,您认为最满意、最有意义的是哪些?
周强:最有意义的地方是首次在学院校园内建成量子纠缠互联的实验研究平台,并产出令人激动的国际领先成果。
盒叔:“研制出高重频量子光源、自动化光子全同测控装置、高性能超导纳拉面单光子侦测器,突破了量子信息载源、量子信道构建、量子信息检查等技术困局,首次完成‘赫兹速度’的城域量子隐型传态。”
可以给我们讲讲上述专业术语对于这次成果的作用、意义吗?
周强:量子互联网从基础研究迈向应用的必由之路是不断提高量子信息的传输性能。与互联网技术的发展一样,研究人员须要不断提高信源、信道、信宿的性能,能够加快领域的不断发展。例如,在过去20年左右的时间中,我们经历了无线互联技术的不断升级,目前你们正在研究怎样建立6G无线互联网。量子互联网中的信源是光子、信道为传输光子的光纤或则自由空间、信重臣对光量子信息进行检测和侦测。
这次成果的取得得益于团队在上述三个方面的多年积累,包括在高速率/高重频量子纠缠光源、弱相干引诱态光源,手动化光纤通道测控(通过测控光子的全同性来实现),超导纳拉面单光子侦测等方面的技术突破。
盒叔:最后一个问题,量子纠缠技术或量子光源纠缠技术目前发展到了那个阶段?
周强:量子纠缠光源技术在工作波长、纠缠自由度等方面有好多技术分支,研究团队在通讯波段的时间片或时间-能量纠缠光源方面具有小批量研发生产能力。
盒叔说:
IN
这次的“银杏一号”城域量子互联网的传态速度达到了赫兹量级,结合集成量子光源、量子储存中继、量子信息节点等核心元件,未来有望研发出“高速率、高保真、多用户、长距离”的量子互联网设施,进一步推动量子互联网走向实际应用。
我们也期盼、祝愿课题组取得更多相关突破。
参考链接:
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