來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-4-1 17:27:25
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授周宗權(quán):
為遠(yuǎn)程量子通信提供全新解決方案

 

      問:團(tuán)隊(duì)基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態(tài)量子存儲(chǔ)器,實(shí)現(xiàn)了一種基于吸收型存儲(chǔ)器的多模式量子中繼,并成功將光存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)。請(qǐng)問此項(xiàng)工作同以往相比最大的突破點(diǎn)是什么?

   周宗權(quán):光子傳輸損耗導(dǎo)致在地面不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的量子通信,量子中繼和量子U盤是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信的兩種可行方案。

   量子中繼的思想是把短程糾纏的量子存儲(chǔ)器逐步連接起來,獲得遠(yuǎn)程的量子糾纏。前人的量子中繼都是基于發(fā)射性存儲(chǔ)器構(gòu)建,它的糾纏光子是由存儲(chǔ)器直接發(fā)射出來的。這種量子中繼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是物理系統(tǒng)單一,通信速率受限。

   我們實(shí)現(xiàn)的是基于吸收性存儲(chǔ)器的量子中繼。在這種量子中繼中,量子糾纏光源和量子存儲(chǔ)器是相互獨(dú)立的,這是一種全新的量子中繼架構(gòu);诙嗄J搅孔又欣^糾纏闡述,如果把量子中繼看作一個(gè)橋梁的話,前人量子中繼相當(dāng)于是具有單個(gè)車道的橋梁,而我們的多模式量子中繼是一座具有四車道的橋梁,相應(yīng)它的通信速率也就提升了4倍。

   量子U盤的思想是把光子存入量子存儲(chǔ)器,然后借助高鐵、飛機(jī)等傳統(tǒng)運(yùn)輸工具運(yùn)輸存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信?紤]現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)輸速度,量子U盤對(duì)光存儲(chǔ)時(shí)間為小時(shí)量計(jì),而此前國(guó)際上光存儲(chǔ)的最長(zhǎng)時(shí)間為一分鐘,這是德國(guó)團(tuán)隊(duì)在2013年實(shí)現(xiàn)的。

   我們基于自主搭建的光學(xué)拉曼外差探測(cè)核磁共振譜儀,精準(zhǔn)測(cè)定稀土離子能級(jí)結(jié)構(gòu),進(jìn)一步結(jié)合低溫、磁場(chǎng)、激光及射頻聯(lián)合操控技術(shù),把相關(guān)光子存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí),大幅刷新了光存儲(chǔ)時(shí)間的世界紀(jì)錄,也證實(shí)了光量子U盤的原理可行性。我們的工作為遠(yuǎn)程量子通信的實(shí)現(xiàn)提供了基于稀土離子的全新解決方案:一是基于吸收型存儲(chǔ)器的多模式量子中繼,二是基于稀土離子構(gòu)建量子U盤。

     問:您將此次實(shí)驗(yàn)比喻為“鵲橋”,可否具體解釋一下?

   周宗權(quán):量子中繼所要解決的問題,是有A和B兩個(gè)量子存儲(chǔ)器,它們相距很遠(yuǎn)無法見面,要在AB當(dāng)中建立起量子糾纏,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信。

   這個(gè)問題和傳說故事中的“鵲橋”是類似的:牛郎和織女被天河相隔,只有借助鵲橋才能相會(huì)。我們可以想象量子存儲(chǔ)器A是量子世界中的牛郎,B是量子世界中的織女,在A和B之間需要架起一座通信的橋梁,而量子中繼就是量子世界中的這座鵲橋!

 

 

《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2022年2月刊 封面)
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