量子隱形傳態(tài)在城市光纖網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現

　　ICCSZ訊    中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強等與相關(guān)單位合作，在合肥量子城域通信試驗網(wǎng)上首次實(shí)現了預先糾纏分發(fā)的獨立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸，為未來(lái)可擴展量子網(wǎng)絡(luò )的構建奠定了堅實(shí)基礎。相關(guān)結果9月19日在線(xiàn)發(fā)表在英國《自然·光子學(xué)》上。

　　量子隱形傳態(tài)是一種傳遞量子狀態(tài)的重要通信方式，是可擴展量子網(wǎng)絡(luò )和分布式量子計算的基礎。通俗地講，量子隱形傳態(tài)就是將甲地的某一粒子的量子信息在乙地的另一粒子上還原出來(lái)，被傳輸的物體就像是進(jìn)行了一場(chǎng)“星際穿越”。其原理是：遙遠兩地的通信雙方首先分享一對糾纏粒子，其中一方將待傳輸量子態(tài)的粒子(一般與糾纏粒子無(wú)關(guān)聯(lián))和自己手里的糾纏粒子進(jìn)行糾纏態(tài)分辨，然后將分辨的結果告知對方，對方根據得到的信息進(jìn)行相應的量子變換操作。糾纏態(tài)預先分發(fā)、獨立量子源干涉和前置反饋是量子隱形傳態(tài)的三個(gè)要素。在此之前，國際上還沒(méi)有任何一個(gè)量子隱形傳態(tài)實(shí)驗同時(shí)滿(mǎn)足上述所有要求。

　　潘建偉小組首先與清華大學(xué)合作開(kāi)發(fā)了適合光纖網(wǎng)絡(luò )傳輸的時(shí)間相位糾纏光子源，然后通過(guò)發(fā)展皮秒級的遠程光同步技術(shù)和使用光纖布拉格光柵進(jìn)行窄帶濾波，成功地解決了兩個(gè)獨立光子源之間的同步和干涉問(wèn)題;接著(zhù)開(kāi)發(fā)了針對遠距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實(shí)驗系統的穩定性等問(wèn)題的主動(dòng)反饋系統;最后利用中科院上海微系統所開(kāi)發(fā)的超導納米線(xiàn)單光子探測器，在合肥量子城域通信網(wǎng)絡(luò )的30公里光纖上實(shí)現了滿(mǎn)足上述三要素的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗。

　　張強介紹說(shuō)，現有的量子保密通信主要是通過(guò)量子密鑰對經(jīng)典信息進(jìn)行加密傳輸，但隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，最終的量子保密通信將會(huì )實(shí)現量子信息的傳輸，通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行量子隱形傳態(tài)有望大大提高互聯(lián)網(wǎng)連接的安全性和強度。另外，如果有一天量子計算機問(wèn)世，要進(jìn)行復雜的量子信息處理，就需要在城域網(wǎng)中用量子隱形傳態(tài)來(lái)傳輸量子信息。

　　該實(shí)驗得到審稿人的高度評價(jià)，稱(chēng)其“提供了一個(gè)符合未來(lái)量子通信網(wǎng)絡(luò )應用的藍圖”，“由于量子隱形傳態(tài)在眾多量子通信方案中扮演的重要角色，這樣的首次實(shí)驗驗證將是量子技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑。”《自然·光子學(xué)》雜志專(zhuān)門(mén)邀請國際量子信息學(xué)者弗里德里希·格羅斯漢斯在同期的“新聞視角”欄目撰文，稱(chēng)該工作“顯示了在城域尺度上開(kāi)展量子隱形傳態(tài)在技術(shù)上具有可行性，毋庸置疑，今后許多有趣的量子信息實(shí)驗將在此基礎上展開(kāi)。”