中国首次实现可扩展量子中继器的光学演示

 记者10月31日从中国科技大学获悉，该校潘建伟教授及其同事在国际上首次利用参量下转换光源实现了基于线性光学的量子中继器中的嵌套纠缠纯化和二级纠缠交换过程。这两项成果论文日前分别发表于国际学术期刊《自然·光子学》和《物理评论快报》上。

量子中继器是地面实用化远距离量子通信中必不可少的关键器件。受到通信链路衰减和噪声等因素的影响，直接进行量子通信的节点距离存在极限。为了突破这一极限，可以利用量子中继器连接多个通信节点，从而实现远距离的量子通信。

潘建伟团队在多光子纠缠制备和操纵方面一直处于世界领先地位。本次工作则基于八体纠缠光源，首次演示了嵌套量子纠缠纯化和级联量子纠缠交换。通过巧妙地设置贝尔态测量装置，不仅能完全消除纠缠交换过程中的双光子干扰项，同时还保留分发量子态进一步可操纵性。结合使用光纤模拟量子存储以及测量反馈装置，成功地实现了可扩展量子中继器的光学演示。

这一开创性的工作使得基于参量下转换光源构建量子中继器的可行性获得了进一步的验证。该技术还可直接应用于基于原子系综的量子中继器。

这两项工作均在国际上逾越了以往只能演示量子中继器中单次纠缠操纵的长期技术障碍，首次实现了对量子态的连续纠缠操控，成功基于线性光学系统发展了可扩展量子中继器技术。基于该技术，以往量子纠缠交换过程中阻碍分发态被进一步相干操作的主要噪声可以被自动剔除，这为将来实现基于原子系综的可扩展线性光量子中继器提供了前瞻性的技术指引。