新華社合肥5月7日電（記者何曦悅、戴威）記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在安徽省合肥市成功建成“星漢二號(hào)”多模式量子中繼網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了14.5公里的物質(zhì)糾纏，有望成為未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的根本性技術(shù)路線。相關(guān)成果于5月7日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》。

  量子中繼是構(gòu)建未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。由于量子信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)快速衰減，科學(xué)家通過(guò)量子中繼將長(zhǎng)距離信道分解為多段短程鏈路，分段建立物質(zhì)糾纏態(tài)后再連接，從而克服光纖信道中的指數(shù)級(jí)損耗。

  此前，量子中繼協(xié)議主要分為單光子干涉和雙光子干涉兩類(lèi)。單光子干涉僅需在中間站探測(cè)到一個(gè)光子，速率較高，但對(duì)信道相位抖動(dòng)敏感，保真度受限；而雙光子干涉需同時(shí)探測(cè)到一對(duì)光子，保真度高但速率低。速率與保真度之間的權(quán)衡，成為制約量子中繼性能與應(yīng)用的根本矛盾。

  為解決這一兩難困境，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)、黃運(yùn)鋒等人原創(chuàng)性提出了基于時(shí)間測(cè)量的多模式量子中繼方案，不再要求一對(duì)光子同時(shí)到達(dá)中間站點(diǎn)，而是允許它們“一先一后”到達(dá)，通過(guò)精確測(cè)量其時(shí)間差來(lái)預(yù)報(bào)糾纏，并借助多模式量子存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)任意延時(shí)糾纏光子的按需讀取。此方案成功結(jié)合了單光子干涉的高速率和雙光子干涉的高保真度優(yōu)勢(shì)，支持高速率、高保真的糾纏分發(fā)，可直接兼容現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

  “星漢二號(hào)”多模式量子中繼網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相距14.5公里的物質(zhì)糾纏。（受訪者供圖）

  團(tuán)隊(duì)在合肥市建立了“星漢二號(hào)”多模式量子中繼網(wǎng)絡(luò)，這一系統(tǒng)糾纏保真度達(dá)78.6%，兩個(gè)量子存儲(chǔ)器的直線距離為14.5公里。《自然·光子學(xué)》審稿人評(píng)價(jià)，這一方案解決了量子中繼協(xié)議中長(zhǎng)期存在的速率與保真度矛盾難題，其糾纏分發(fā)速率超過(guò)此前的城域量子中繼上百倍。

  “星漢二號(hào)”多模式量子中繼藝術(shù)示意圖。（受訪者供圖）

  李傳鋒介紹，這一工作實(shí)現(xiàn)了迄今為止公開(kāi)報(bào)道中最遠(yuǎn)距離的物質(zhì)糾纏，標(biāo)志著團(tuán)隊(duì)此前發(fā)布的“星漢一號(hào)”多模式量子中繼從實(shí)驗(yàn)室原理驗(yàn)證推進(jìn)到城市網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用展示，彰顯出多模式復(fù)用技術(shù)有望成為未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的根本性技術(shù)路線。