近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陳宇翱、趙博等在國(guó)際上首次利用參量下轉(zhuǎn)換光源，實(shí)現(xiàn)了基于線性光學(xué)的量子中繼器中的嵌套糾纏純化（nested purification）和二級(jí)糾纏交換（two-hierarchy entanglement swapping）過程�；�于該技術(shù)，以往量子糾纏交換過程中阻礙分發(fā)態(tài)被進(jìn)一步相干操作的主要噪聲可以被自動(dòng)剔除，這為將來(lái)實(shí)現(xiàn)基于原子系綜的可擴(kuò)展線性光量子中繼器提供了前瞻性的技術(shù)指引。這兩項(xiàng)重要成果分別發(fā)表在《自然-光子學(xué)》和《物理評(píng)論快報(bào)》上。 `(a^=e5  
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　　量子中繼器是地面實(shí)用化遠(yuǎn)距離量子通信中必不可少的關(guān)鍵器件。受到通信鏈路衰減和噪聲等因素的影響，直接進(jìn)行量子通信的節(jié)點(diǎn)距離存在極限。為了突破這一極限，可以利用量子中繼器連接多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信。自1998年量子中繼器的概念被提出后，科學(xué)家們一直努力搭建實(shí)用化量子中繼器。為了擴(kuò)展通信距離，連續(xù)的糾纏操縱是完整實(shí)現(xiàn)量子中繼器的基本需求。這可以通過糾纏交換和糾纏純化實(shí)現(xiàn)。其中糾纏交換用于提升量子態(tài)傳輸距離，糾纏純化用于抵抗量子態(tài)傳輸過程中的退相干效應(yīng)。 _INUJc  
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　　初步的量子糾纏交換和糾纏純化已在線性光學(xué)系統(tǒng)中演示，但以往工作尚未具備可擴(kuò)展性，即獲得的分發(fā)態(tài)不能直接用于后續(xù)的糾纏操縱。這是由于參量下轉(zhuǎn)化糾纏源產(chǎn)生光子對(duì)是概率性的，在下轉(zhuǎn)換過程中由于存在雙光子噪聲項(xiàng)，進(jìn)行單次糾纏交換時(shí)，量子分發(fā)態(tài)本質(zhì)上是50%糾纏態(tài)和50%無(wú)用態(tài)的混態(tài)。以往，科學(xué)家只能使用后選擇從混態(tài)中提取所需糾纏態(tài)，但后選擇具有破壞性，它使得分發(fā)后的量子態(tài)被測(cè)量坍縮，因而該分發(fā)態(tài)無(wú)法再被用于下一步的糾纏操縱。因此，科學(xué)家必須尋求一種非破壞的方法剔除掉這噪聲項(xiàng)，而嵌套糾纏純化和級(jí)聯(lián)糾纏交換則能夠解決這一問題�！　� HYH!;  
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　　潘建偉團(tuán)隊(duì)致力于量子中繼器的實(shí)用化研究，特別是在多光子糾纏制備和操縱方面一直處于世界領(lǐng)先地位。多光子組掌握的八光子及十光子操控技術(shù)，為在參量下轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光量子中繼器的原理性演示提供了硬件支持；2008年，科研團(tuán)隊(duì)搭建的兼顧糾纏交換和量子存儲(chǔ)的量子中繼器節(jié)點(diǎn)，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)基于原子系綜系統(tǒng)的量子中繼器打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2016年，該團(tuán)隊(duì)采用冷原子系綜，研制出百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)壽命達(dá)到0.22秒、讀出效率達(dá)到76%的高性能量子存儲(chǔ)器，第一次將存儲(chǔ)壽命及讀出效率提升到能夠滿足遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求。此次研究工作則基于八體糾纏光源，首次演示了嵌套量子糾纏純化和級(jí)聯(lián)量子糾纏交換。通過巧妙地設(shè)置貝爾態(tài)測(cè)量裝置，不僅能完全消除糾纏交換過程中雙光子干擾項(xiàng)、同時(shí)保留分發(fā)量子態(tài)進(jìn)一步可操縱性。結(jié)合使用光纖模擬量子存儲(chǔ)以及測(cè)量反饋裝置，實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展量子中繼器的光學(xué)演示。這一開創(chuàng)性的工作使基于參量下轉(zhuǎn)換光源構(gòu)建量子中繼器的可行性獲得了進(jìn)一步驗(yàn)證。尤其是原子系綜系統(tǒng)中的原子－光子糾纏源存在和參量下轉(zhuǎn)換糾纏源同樣的雙光子噪聲項(xiàng)，該技術(shù)也可直接應(yīng)用于基于原子系綜的量子中繼器。 <C{5(=
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　　這兩項(xiàng)工作均在國(guó)際上逾越了以往只能演示量子中繼器中單次糾纏操縱的技術(shù)障礙，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子態(tài)的連續(xù)糾纏操控，基于線性光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展了可擴(kuò)展量子中繼器技術(shù)，擊碎了實(shí)用光量子中繼器發(fā)展道路上的一道堅(jiān)實(shí)壁壘。研究成果表明，參量下轉(zhuǎn)換源原則上完全有能力成為實(shí)用光量子中繼器的另一可信系統(tǒng)。同時(shí)，這兩項(xiàng)工作將大力推動(dòng)基于原子系綜量子中繼器的可擴(kuò)展性技術(shù)研究。 j&mL]'Zy  
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　　研究工作得到了科技部、自然科學(xué)基金委、教育部、中科院等的資助。 Bm7GU
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