北京時間2月13日凌晨，最新一期 Nature發(fā)表了中國科學技術大學潘建偉團隊的最新重磅成果：兩個量子存儲器通過光纖跨越數(shù)十公里實現(xiàn)遠程糾纏。

在這項最新研究中，潘建偉、包小輝及其同事利用一種名為腔增強的量子效應，來制備糾纏原子和光子，再將這些糾纏原子和光子轉換為適合于電信傳輸?shù)念l率，最后在兩個由50公里長光纖連接的節(jié)點之間實現(xiàn)了糾纏。

研究結果表明，與糾纏光子相比，多節(jié)點之間的原子–光子糾纏可能更適合量子糾纏的遠距離傳輸。

本項研究演示了兩個相距50公里的量子存儲器的糾纏，這一距離足以連接兩座城市，并比之前報道的距離要遠得多，或為實現(xiàn)多節(jié)點、遠距離糾纏鋪平了道路，有助于量子互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)。

就像計算機中的硬盤驅動器一樣，量子儲存器存儲量子信息。它們是構建量子互聯(lián)網(wǎng)的必要部分，并將促進實現(xiàn)超安全的量子通信，允許遠程量子計算機一起工作。

以前，科學家已經(jīng)實現(xiàn)了相距1200公里的單個光粒子糾纏，但是這種糾纏無法存儲，而量子儲存器糾纏之前最大物理距離只有一公里之遙。

遠程糾纏的突破

實現(xiàn)連接遠程量子處理器的量子互聯(lián)網(wǎng)，將能夠支持許多革命性的應用，比如分布式量子計算。而想要實現(xiàn)量子通信，建立遠程量子存儲器之間的糾纏是關鍵挑戰(zhàn)。

盡管相關研究已經(jīng)取得了巨大進展，但由于嚴重的傳輸損失，此前兩個節(jié)點之間可實現(xiàn)的最大物理距離是1.3公里，想要實現(xiàn)遠程糾纏依然存在巨大挑戰(zhàn)。

為了將距離擴展到城市規(guī)模，在這項最新論文中，研究人員將基于原子團的量子儲存器與有效的量子頻率轉換（QFC）相結合，并通過數(shù)十公里的城市級光纖傳輸，實現(xiàn)了兩個量子儲存器的糾纏。

原子集合之間的遠程糾纏產(chǎn)生示意圖，兩個量子存儲節(jié)點（節(jié)點 A 和 B）通過光纖連接到一個用于光子測量的中間站。

具體而言，研究人員利用腔增強來創(chuàng)建原子-光量子糾纏的明亮來源，并采用差分頻率生成（DFG）工藝實現(xiàn)光纖低損耗傳輸，然后通過雙光子干涉實現(xiàn)了超過22公里的原子團糾纏，并通過單光子干涉實現(xiàn)了超過50公里的原子團糾纏。

遠程糾纏實驗鳥瞰圖，兩個量子節(jié)點位于中國科技大學，來自兩個節(jié)點的電信光子通過兩個平行的部署光纖，傳輸?shù)轿挥诤戏受浖@的中間站。

該實驗證明了兩種通過光纖中的長距離光子傳輸實現(xiàn)雙量子存儲器糾纏的可行方法。研究人員表示，通過加入更多的量子存儲器，實驗結果可以擴展到通過多光子干涉在遠距離糾纏多個量子存儲器，還可以在兩個子鏈路上產(chǎn)生兩對遠程原子糾纏，并按照量子中繼方案通過糾纏交換來延長原子糾纏的距離，串聯(lián)此過程可以足夠地延長距離以超過直接傳輸?shù)臉O限。

研究人員認為，將這些實驗擴展到相隔很遠的節(jié)點，將能夠執(zhí)行高級的量子信息任務，并為構建遠距離大規(guī)模量子網(wǎng)絡鋪平了道路。

量子通信——無影無蹤的傳送過程

處于量子糾纏的兩個粒子，無論分離多遠，它們之間都存在一種神秘的關聯(lián)，這種神秘的關聯(lián)無論如何都無法用經(jīng)典觀念去理解，被愛因斯坦稱為“遙遠地點間詭異的互動”。

量子信息科學家發(fā)現(xiàn)，量子糾纏除了神秘之外，還是一種可以利用的超經(jīng)典力量，它可以成為具有超級計算能力的量子計算機和“萬無一失”的量子保密系統(tǒng)的基礎。

量子糾纏

按照常理，信息的傳播需要載體，而量子通信是不需要載體的信息傳遞。

量子隱形傳態(tài)即用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)傳送完成大容量信息的傳輸，是一種脫離實物的“完全”的信息傳送，能夠實現(xiàn)原則上的完全保密。

量子通信即是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是一種無影無蹤的全新通信方式。

基于量子隱形傳態(tài)，人們提出了量子因特網(wǎng)的構想。量子因特網(wǎng)是用量子通道來聯(lián)絡許多量子處理器，它可以同時實現(xiàn)量子信息的傳輸和處理。

相比于經(jīng)典因特網(wǎng)，量子因特網(wǎng)具有安全保密特性，可實現(xiàn)多端的分布計算，有效地降低通信復雜度等一系列優(yōu)點。

作為國際上量子信息實驗研究領域開拓者之一，潘建偉是該領域有重要國際影響力的科學家，近年來取得了一系列有重要意義的研究成果。

2016年8月16日，全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子”號在中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。

作為“墨子”號量子科學實驗衛(wèi)星的首席科學家，潘建偉領銜的“墨子”號量子科學實驗衛(wèi)星科研團隊被授予2018年度克利夫蘭獎，這也是克利夫蘭獎設立90余年來，中國科學家在本土完成的科研成果首次獲得這一榮譽。

潘建偉院士

潘建偉院士帶領團隊完成量子通信衛(wèi)星科研項目后，享譽國內(nèi)外，被認為是當今世界量子通信領域的頂尖人物。不過，盛譽之下也引起了一些爭議，不少民間學者對其成就甚至個人表達出質(zhì)疑，網(wǎng)上也有三言兩語的挖苦諷刺。

事實上，潘建偉的科研成就讓絕大多數(shù)科研學者都望塵莫及，潘建偉博士期間師從量子實驗研究的世界級大師蔡林格，其27歲時參與的研究成果入選美國《科學》雜志“年度全球十大科技進展”, 還被《自然》評為“百年物理學21篇經(jīng)典論文”，31歲任中國科學技術大學教授，41歲成為中國當時最年輕的中科院院士，45歲獲國家自然科學一等獎，2017年被評為《自然》雜志年度十大科學人物……

無論如何，有中國“量子之父”稱號的潘建偉，仍在質(zhì)疑中前行，并讓中國在世界量子通信領域保持領先地位。

論文題目：Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres

論文摘要：

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Nature：潘建伟团队实现数十公里远程量子储存器纠缠的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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