我科学家首次实现多模式量子中继

科技日报合肥6月2日电（记者 吴长锋）记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组首次实现多模式复用的量子中继基本链路，展现了多模式复用的量子通信加速效果，并实现了两个固态存储器的量子纠缠。该工作为高速率、大尺度量子网络的建设提供了全新的实现方案。6月2日《自然》期刊发表了该成果。

（中国科大供图）

远程量子纠缠传输是构建全球量子通信网络的核心任务。然而，受限于光子数在光纤中的指数衰减，地面直接传输距离被限制在百公里水平。通过光纤向距离一千公里外的地方每秒发射一百亿个光子，要花三百年才能接收到一个光子。为此科学家们提出量子中继的思想，即将远距离传输划分为若干短距离基本链路，先在基本链路的两个临近节点间建立可预报的量子纠缠，然后通过纠缠交换技术进行级联，从而逐步扩大量子纠缠的距离。

量子存储器是量子中继的核心器件，用于储存光子纠缠态，待相邻存储器纠缠成功后，再执行下一步纠缠交换。在基于吸收型量子存储器的量子中继架构中，量子光源是与量子存储器相独立的，所以这种架构可以同时兼容确定性量子光源以及多模式复用，是目前理论上传输速率最快的量子中继方案。

经过三年多的不懈努力，课题组成功使用吸收型量子存储器演示了量子中继的基本链路。一个基本链路由两个分离的量子节点，以及中间站点贝尔态测量装置组成。每个量子节点中除了“牛郎”“织女”量子存储器之外，还各有一个纠缠光子对。实验中，每个纠缠光子对中的一个光子被量子存储器捕获并存储，每个纠缠光子对的另一个光子通过光纤同时传输至中间站点“鹊桥”进行贝尔态测量，测量的过程就是纠缠建立的过程。因此，“牛郎”和“织女”借助“鹊桥”可以在没见面的情况下成功建立纠缠。

审稿人对该工作给予了高度评价：“这个工作是对量子中继器基本链路的一个非常直接和清晰的演示……这是一项重要的成就，将为接下来的研究奠定基础。”