中國科學技術大學潘建偉、包小輝、張強等與濟南量子技術研究院和中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所合作，在量子中繼與量子網(wǎng)絡方向取得突破。他們通過發(fā)展高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉換技術和遠程單光子精密干涉技術，成功地將相距50公里光纖的兩個量子存儲器糾纏起來，為構建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡奠定了基礎。該成果于近日發(fā)表在國際學術期刊《自然》上。 `|4{|X*U.  
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　　構建全球化量子網(wǎng)絡并在此基礎上實現(xiàn)量子通信是量子信息研究的終極目標之一，國際學術界廣泛采用的量子通信網(wǎng)絡發(fā)展路線是通過基于衛(wèi)星的自由空間信道來實現(xiàn)廣域大尺度覆蓋，通過光纖網(wǎng)絡來實現(xiàn)城域及城際的地面覆蓋。然而受限于光信號在光纖內的指數(shù)衰減，最遠的點對點地面安全通信距離僅為百公里量級。將遠距離點對點傳輸改為分段傳輸，并采用量子中繼技術進行級聯(lián)，有望進一步大幅拓展安全通信距離，并使得構建全量子網(wǎng)絡成為可能。 6BMn7m?  
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　　然而，受限于光與原子糾纏亮度低、原子存儲器波長與通信光纖不匹配和遠程單光子干涉等技術瓶頸，此前最遠光纖量子中繼僅為公里量級。針對上述技術難題，團隊主要在三方面開展了技術攻關：首先，采用環(huán)形腔增強技術來提升單光子與原子系綜間耦合，并優(yōu)化光路傳輸效率，將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個數(shù)量級；其次，由于原子存儲器對應的光波長在光纖中的損耗約為3.5dB/km，在50公里光纖中光信號將衰減至十億億分之一（10^-17.5），使得量子通信無法實現(xiàn)，團隊自主研發(fā)周期極化鈮酸鋰波導，通過非線性差頻過程，將存儲器的光波長由近紅外（795 nm）轉換至通信波段（1342 nm），經(jīng)過50公里的光纖僅衰減至百分之一以上，效率相比之前提升了16個數(shù)量級；最后，為實現(xiàn)遠程單光子干涉，團隊設計并實施了雙重相位鎖定方案，成功地把經(jīng)過50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右。 K4KmoGb  
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　　研究團隊將以上技術相結合，最終實現(xiàn)了經(jīng)由50公里光纖傳輸?shù)碾p節(jié)點糾纏，并演示了經(jīng)由22公里外場光纖的雙節(jié)點糾纏。該工作得到《自然》審稿人的高度評價：“該結果是非常杰出的，向實現(xiàn)量子中繼方向邁出了重要一步”，“將這些操作拓展至城域距離是本領域的一個重大進展”。當前實驗中兩臺量子存儲器位于同一間實驗室內，團隊接下來將通過發(fā)展獨立激光的相位同步等技術來實現(xiàn)真正遠距離分開的雙節(jié)點實驗。上述工作與該團隊之前實現(xiàn)的多節(jié)點糾纏技術（Nature Photonics, 13, 210, 2019）、基于里德堡的確定性糾纏技術（Phys. Rev. Lett. 123, 140504, 2019），以及百毫秒存儲技術（Nature Photonics. 10, 381, 2016）等相結合，將極大地推動量子中繼和全量子網(wǎng)絡的實驗研究。 {u7E