科技日報(bào)合肥10月31日電 (記者吳長鋒)科技日報(bào)記者10月31日從中國科技大學(xué)獲悉，該校潘建偉教授及其同事在國際上首次利用參量下轉(zhuǎn)換光源實(shí)現(xiàn)了基于線性光學(xué)的量子中繼器中的嵌套糾纏純化和二級(jí)糾纏交換過程。這兩項(xiàng)成果論文日前分別發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》和《物理評論快報(bào)》上。

量子中繼器是地面實(shí)用化遠(yuǎn)距離量子通信中必不可少的關(guān)鍵器件。受到通信鏈路衰減和噪聲等因素的影響，直接進(jìn)行量子通信的節(jié)點(diǎn)距離存在極限。為了突破這一極限，可以利用量子中繼器連接多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信。

潘建偉團(tuán)隊(duì)在多光子糾纏制備和操縱方面一直處于世界領(lǐng)先地位。本次工作則基于八體糾纏光源，首次演示了嵌套量子糾纏純化和級(jí)聯(lián)量子糾纏交換。通過巧妙地設(shè)置貝爾態(tài)測量裝置，不僅能完全消除糾纏交換過程中的雙光子干擾項(xiàng)，同時(shí)還保留分發(fā)量子態(tài)進(jìn)一步可操縱性。結(jié)合使用光纖模擬量子存儲(chǔ)以及測量反饋裝置，成功地實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展量子中繼器的光學(xué)演示。

這一開創(chuàng)性的工作使得基于參量下轉(zhuǎn)換光源構(gòu)建量子中繼器的可行性獲得了進(jìn)一步的驗(yàn)證。該技術(shù)還可直接應(yīng)用于基于原子系綜的量子中繼器。

這兩項(xiàng)工作均在國際上逾越了以往只能演示量子中繼器中單次糾纏操縱的長期技術(shù)障礙，首次實(shí)現(xiàn)了對量子態(tài)的連續(xù)糾纏操控，成功基于線性光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展了可擴(kuò)展量子中繼器技術(shù)。基于該技術(shù)，以往量子糾纏交換過程中阻礙分發(fā)態(tài)被進(jìn)一步相干操作的主要噪聲可以被自動(dòng)剔除，這為將來實(shí)現(xiàn)基于原子系綜的可擴(kuò)展線性光量子中繼器提供了前瞻性的技術(shù)指引。