當(dāng)兩個量子產(chǎn)生“糾纏”，一個變了，另一個也會瞬變，無論之間相隔多遠(yuǎn)——借助神奇的量子糾纏技術(shù)，人類可以實現(xiàn)量子通信，但還面臨很多挑戰(zhàn)。近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊的李傳鋒、周宗權(quán)研究組，在國際上首次實現(xiàn)多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路，如同“鵲橋”，可將量子世界里天各一方的“牛郎織女”間的通信速率提升4倍。

近年來，國際科學(xué)界夢想著要構(gòu)建全球性的量子通信網(wǎng)，但一大技術(shù)難題是量子極易衰減，在光纖中的傳輸距離只有百公里量級。為此，科學(xué)家們提出量子中繼的思想，即將遠(yuǎn)距離傳輸劃分為多個短距離，中間用量子中繼連接，以解決信號衰減問題。

量子存儲器是量子中繼的核心器件。 “之前大家用的是發(fā)射型量子存儲器，要么一次只能傳輸1個量子，效率低；要么一次傳輸多個量子，但精確率低。”李傳鋒教授說，他們團(tuán)隊一直致力于研究吸收型量子存儲器，經(jīng)過3年多的努力，近期在國際上首次成功地使用吸收型量子存儲器，演示了多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路。

這種量子存儲器可以一次捕獲并存儲4對糾纏量子，這等于獲得了4倍加速的糾纏分發(fā)速率；并且經(jīng)實驗驗證，兩個節(jié)點之間的糾纏保真度超過80%。

周宗權(quán)副教授將兩個分離的量子節(jié)點比喻為“牛郎”和“織女”。他說： “實驗中， ‘牛郎'和‘織女'借助量子中繼這個‘鵲橋'，可以在沒見面的情況下成功地建立糾纏，順利地實現(xiàn)了通信。”

2021年6月2日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了這項研究成果。審稿人給予高度評價： “這個工作是對量子中繼器基本鏈路的一個非常直接和清晰的演示……這是一項重要成就，將為接下來的研究奠定基礎(chǔ)?！?/p>

據(jù)悉，這項研究為建設(shè)高速率、大尺度的量子網(wǎng)絡(luò)提供了全新的實現(xiàn)方案。李傳鋒說： “下一步，我們將致力于提高存儲效率和糾纏光源質(zhì)量，努力實現(xiàn)超越光纖傳輸?shù)膶嵱没孔又欣^器。”