6月3日消息（余予）來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組利用固態(tài)量子存儲器和外置糾纏光源，首次實現兩個吸收型量子存儲器之間的可預報量子糾纏，演示了多模式量子中繼，在量子存儲和量子中繼領域取得重大進展。
據了解，遠程量子糾纏傳輸是構建全球量子通信網絡的核心任務，然而由于單光子在光纖傳輸中的指數級損耗問題，量子態(tài)在光纖中傳輸的距離被限制在百公里量級。
為建立起全國乃至全球的量子網絡，科學家們提出了量子中繼方案，即將遠程糾纏傳輸任務分解為多段短距離的基本鏈路，在基本鏈路上建立量子存儲器之間的可預報糾纏，然后利用糾纏交換技術把量子糾纏擴展至目標距離。
量子存儲器是量子中繼的核心器件，用于儲存光子糾纏態(tài)，待相鄰存儲器糾纏成功后，再執(zhí)行下一步糾纏交換。國際上已有的量子中繼基本鏈路均基于發(fā)射型量子存儲器構建，該架構難以同時支持確定性光子發(fā)射和多模式復用存儲，其從根本上限制了糾纏分發(fā)的速率。
科學家通過理論研究表明，基于吸收型量子存儲器的量子中繼架構可將量子存儲器和量子光源分離開來，從而能同時兼容確定性光子源和多模式復用，是目前理論上通信速率最優(yōu)的量子中繼方案。
李傳鋒、周宗權研究組長期從事基于稀土離子摻雜晶體的固態(tài)量子存儲器的研究。實驗過程中，研究組基于參量下轉換技術制備了兩套糾纏光源，并基于獨創(chuàng)的“三明治”結構制備了兩套固態(tài)量子存儲器，即每對糾纏光子中的一個光子被三明治型量子存儲器所存儲，而每對糾纏光子中的另一個光子被同時傳輸至中間站點進行貝爾態(tài)檢驗。
據介紹，此次演示實驗中實現了4個時間模式的復用，使得糾纏分發(fā)的速率提升了4倍，實測的糾纏保真度達到了80.4%。該工作證實了基于吸收型量子存儲構建量子中繼的可行性，并首次展現了多模式復用在量子中繼中的加速作用。
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圖1 基于吸收型量子存儲器實現量子中繼的原理示意圖（
