量子隱形傳態(tài)在城市光纖網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)

　　ICCSZ訊    中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強等與相關(guān)單位合作，在合肥量子城域通信試驗網(wǎng)上首次實現(xiàn)了預(yù)先糾纏分發(fā)的獨立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸，為未來可擴展量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅實基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果9月19日在線發(fā)表在英國《自然·光子學(xué)》上。

　　量子隱形傳態(tài)是一種傳遞量子狀態(tài)的重要通信方式，是可擴展量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計算的基礎(chǔ)。通俗地講，量子隱形傳態(tài)就是將甲地的某一粒子的量子信息在乙地的另一粒子上還原出來，被傳輸?shù)奈矬w就像是進行了一場“星際穿越”。其原理是：遙遠兩地的通信雙方首先分享一對糾纏粒子，其中一方將待傳輸量子態(tài)的粒子(一般與糾纏粒子無關(guān)聯(lián))和自己手里的糾纏粒子進行糾纏態(tài)分辨，然后將分辨的結(jié)果告知對方，對方根據(jù)得到的信息進行相應(yīng)的量子變換操作。糾纏態(tài)預(yù)先分發(fā)、獨立量子源干涉和前置反饋是量子隱形傳態(tài)的三個要素。在此之前，國際上還沒有任何一個量子隱形傳態(tài)實驗同時滿足上述所有要求。

　　潘建偉小組首先與清華大學(xué)合作開發(fā)了適合光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間相位糾纏光子源，然后通過發(fā)展皮秒級的遠程光同步技術(shù)和使用光纖布拉格光柵進行窄帶濾波，成功地解決了兩個獨立光子源之間的同步和干涉問題;接著開發(fā)了針對遠距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題的主動反饋系統(tǒng);最后利用中科院上海微系統(tǒng)所開發(fā)的超導(dǎo)納米線單光子探測器，在合肥量子城域通信網(wǎng)絡(luò)的30公里光纖上實現(xiàn)了滿足上述三要素的量子隱形傳態(tài)實驗。

　　張強介紹說，現(xiàn)有的量子保密通信主要是通過量子密鑰對經(jīng)典信息進行加密傳輸，但隨著技術(shù)的發(fā)展，最終的量子保密通信將會實現(xiàn)量子信息的傳輸，通過光纖網(wǎng)絡(luò)進行量子隱形傳態(tài)有望大大提高互聯(lián)網(wǎng)連接的安全性和強度。另外，如果有一天量子計算機問世，要進行復(fù)雜的量子信息處理，就需要在城域網(wǎng)中用量子隱形傳態(tài)來傳輸量子信息。

　　該實驗得到審稿人的高度評價，稱其“提供了一個符合未來量子通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的藍圖”，“由于量子隱形傳態(tài)在眾多量子通信方案中扮演的重要角色，這樣的首次實驗驗證將是量子技術(shù)發(fā)展過程中的重要里程碑。”《自然·光子學(xué)》雜志專門邀請國際量子信息學(xué)者弗里德里希·格羅斯?jié)h斯在同期的“新聞視角”欄目撰文，稱該工作“顯示了在城域尺度上開展量子隱形傳態(tài)在技術(shù)上具有可行性，毋庸置疑，今后許多有趣的量子信息實驗將在此基礎(chǔ)上展開。”