近日,我在基于量子中继的量子通信网络技术方面取得了重大突破,实现了相距50公里光纤的存储器间的量子纠缠。与中国科学技术大学、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合作,我通过高亮度光与原子纠缷源、低噪高效单光子频率转换和远程单光子精密干涉等技术,成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。
目前,上普遍采用卫星的自由空间信道来实现广域大尺度覆盖,再通过光纤网络来实现城域及城际的地面覆盖。受限于光信号长距离传输过程中呈指数衰竭的问题,点对点的地面安全通信距离仅为百公里量级。我尝试采用分段传输,通过量子中继技术进行级联的方式,但远 光 纤 量 子 中 续 传 输 只 有 公里 价 值。
我采用环形腔增强技术提升单光子的与原子的系综间耦合,并优化了光路传输效率,将此前的光与原子的纠缷亮度提高了一个数量级。随后,我自主研发周期极化铌酸锂波导,将存储器中的波长由近红外(795 nm)转换至通信波段(1342 nm),经过50公里的一根标准单模电-optic fiber(SMF)仅衰减至百分之三,这比之前在同样的条件下将会发生几十亿倍更大的衰减;通过设计并实施双重相位锁定方案,实现远程单个参差不齐粒子的干涉,使得经过50公里电-optic fiber(SMF)的传输后引起的时延被控制在纳秒范围内。
最终,我将以上这些先进技术整合到一起,在经由50公里一根标准多模电-optic fiber(MMF)的双节点之间建立起有效性可靠性的两节点再次生成共同相关性,同时还演示了一种跨越22千米以太网接口卡连接另一端设备所需完成双节点再次生成共同相关性。这项成果得到了包括美国《科学》杂志、麻省理工科技评论、美国《科学新闻》以及英国《新科学家》的广泛关注,被认为这项工作使得我们能够更接近于创建全面的无线互联网服务。