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科學(xué)家在城域量子隱形傳態(tài)研究中取得進(jìn)展

閱讀:840        發(fā)布時(shí)間:2016/9/20
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  近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強(qiáng)等與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)合作,在合肥量子城域通信試驗(yàn)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了預(yù)先糾纏分發(fā)的獨(dú)立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸,為未來可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果于9月19日在線發(fā)表在《自然-光子學(xué)》(Nature Photonics)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(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計(jì)算的基礎(chǔ)。在量子隱形傳態(tài)中,遙遠(yuǎn)兩地的通信雙方首先分享一對(duì)糾纏粒子,其中一方將待傳輸量子態(tài)的粒子(一般來說與糾纏粒子無關(guān)聯(lián))和自己手里的糾纏粒子進(jìn)行貝爾態(tài)分辨,然后將分辨的結(jié)果告知對(duì)方,對(duì)方則根據(jù)得到的信息進(jìn)行相應(yīng)的幺正操作。糾纏態(tài)預(yù)先分發(fā)、獨(dú)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,上還沒有任何一個(gè)量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)同時(shí)滿足上述所有要求。

  潘建偉小組首先和清華大學(xué)合作開發(fā)了適合光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間相位糾纏光子源,然后通過發(fā)展皮秒級(jí)的遠(yuǎn)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(dú)立光子源之間的同步和干涉問題;接著開發(fā)了針對(duì)遠(yuǎn)距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題的主動(dòng)反饋系統(tǒng);zui后利用中科院上海微系統(tǒng)所開發(fā)的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器,在合肥量子城域通信網(wǎng)絡(luò)的30公里鏈路上實(shí)現(xiàn)了滿足上述三要素的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。同日,《自然-光子學(xué)》也在線發(fā)表了加拿大Wolfgang Tit小組在Calgary的光纖網(wǎng)絡(luò)中利用獨(dú)立源的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(無預(yù)先糾纏分發(fā)和前置反饋)。

    該實(shí)驗(yàn)得到審稿人的高度評(píng)價(jià),稱贊其“極大地推動(dòng)了量子信息領(lǐng)域的研究”,“提供了一個(gè)符合未來量子通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的藍(lán)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,這樣的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將是量子技術(shù)發(fā)展過程中的重要里程碑。”《自然-光子學(xué)》雜志專門邀請(qǐng)量子信息學(xué)者Frédéric Grosshans在同期的“新聞視角”(News and Views)欄目撰文,評(píng)論這項(xiàng)工作“顯示了在城域尺度上開展量子隱形傳態(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(yàn)將在此基礎(chǔ)上展開。”

量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)鳥瞰圖

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