基于量子中继的量子通信网络技术在大数据时代为社会带来重大突破

近日,我在研究中发现,我们国家在量子通信网络技术方面取得了令人瞩目的进展。首次实现的是两个相距50公里的量子存储器之间的量子纠缠。这项成果是中国科学技术大学、济南量子技术研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所等单位的科研人员经过长时间合作和努力之后达到的。他们运用高亮度光与原子纠缠源、高效单光子频率转换以及远程单光子精密干涉等先进技术,成功将两端的量子存储器连接起来,为构建基于量子的中继网络奠定了坚实基础。

目前,人们通常通过卫星来实现广域大尺度覆盖,再利用光纤网络进行城域及城际的地面覆盖。但由于光信号在传输过程中的指数衰减问题,使得点对点的地面安全通信距离仅限于百公里级别。为了解决这一问题并实现地面长距离安全通信,之前尝试采用分段传输,并通过量子的中继技术进行级联方式,但此前的远程光纤中继传输仅限于几十公里。

我们的研究团队通过环形腔增强技术提高了单个光子的与原子的耦合效率,并优化了传输效率,将之前的原子-光系综间耦合亮度提升了一倍。此外,我们自主研发周期极化铌酸锂波导,将存储器中的波长从红外(795 nm)转移到更适合通信的波段(1342 nm),经由50公里的光纤后,只衰减至百分之三,这比之前在同样的距离上只衰减至百亿亿分之三有显著提升;我们还设计并实施双重相位锁定方案,以保证远程单个光子的干涉,从而成功控制了经过50公里 光纤后的轻微变动(小于50nm)。最终,我们将这些技术整合起来,实现了两端分别位于不同地点但经由相同50公里长途物质媒介连通的事务性共享状态,同时展示了一种22公里以外场环境下双节点共享状态。这项工作获得了包括美国《科学》杂志、麻省理工科技评论、美国《科学新闻》、英国《新科学家》等多份知名媒体报道,对我国未来构建更加完善的人类社会有着深刻意义。

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