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科技前沿:量子隐形传态在城市光纤网络中实现

2016-12-15 09:46:11 点击数:

   中国科学技术大学潘建伟、张强等与相关单位合作,在合肥量子城域通信试验网上首次实现了预先纠缠分发的独立量子源之间的量子态隐形传输,为未来可扩展量子网络的构建奠定了坚实基础。相关结果919日在线发表在英国《自然·光子学》上。

   量子隐形传态是一种传递量子状态的重要通信方式,是可扩展量子网络和分布式量子计算的基础。通俗地讲,量子隐形传态就是将甲地的某一粒子的量子信息在乙地的另一粒子上还原出来,被传输的物体就像是进行了一场星际穿越。其原理是:遥远两地的通信双方首先分享一对纠缠粒子,其中一方将待传输量子态的粒子(一般与纠缠粒子无关联)和自己手里的纠缠粒子进行纠缠态分辨,然后将分辨的结果告知对方,对方根据得到的信息进行相应的量子变换操作。纠缠态预先分发、独立量子源干涉和前置反馈是量子隐形传态的三个要素。在此之前,国际上还没有任何一个量子隐形传态实验同时满足上述所有要求。

   潘建伟小组首先与清华大学合作开发了适合光纤网络传输的时间相位纠缠光子源,然后通过发展皮秒级的远程光同步技术和使用光纤布拉格光栅进行窄带滤波,成功地解决了两个独立光子源之间的同步和干涉问题;接着开发了针对远距离光纤所造成的延迟和偏振涨落以及实验系统的稳定性等问题的主动反馈系统;最后利用中科院上海微系统所开发的超导纳米线单光子探测器,在合肥量子城域通信网络的30公里光纤上实现了满足上述三要素的量子隐形传态实验。

   张强介绍说,现有的量子保密通信主要是通过量子密钥对经典信息进行加密传输,但随着技术的发展,最终的量子保密通信将会实现量子信息的传输,通过光纤网络进行量子隐形传态有望大大提高互联网连接的安全性和强度。另外,如果有一天量子计算机问世,要进行复杂的量子信息处理,就需要在城域网中用量子隐形传态来传输量子信息。

   该实验得到审稿人的高度评价,称其提供了一个符合未来量子通信网络应用的蓝图由于量子隐形传态在众多量子通信方案中扮演的重要角色,这样的首次实验验证将是量子技术发展过程中的重要里程碑。《自然·光子学》杂志专门邀请国际量子信息学者弗里德里希·格罗斯汉斯在同期的新闻视角栏目撰文,称该工作显示了在城域尺度上开展量子隐形传态在技术上具有可行性,毋庸置疑,今后许多有趣的量子信息实验将在此基础上展开。

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