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基于量子中继的量子通信网络技术取得重大突破

来源:信息发布     作者:信息发布人员     发布时间:2020年04月24日     浏览次数:         

 

  近日,我国在基于量子中继的量子通信网络技术方面取得重大突破,在国际上首次实现相距50公里光纤的存储器间的量子纠缠。中国科学技术大学、济南量子技术研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所等单位的科学家合作,通过高亮度光与原子纠缠源、低噪高效单光子频率转换和远程单光子精密干涉等技术,成功地将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。

  目前,国际上普遍采用卫星的自由空间信道来实现广域大尺度覆盖,再通过光纤网络来实现城域及城际的地面覆盖。受限于光信号长距离传输过程中呈指数衰竭的问题,点对点的地面安全通信距离仅为百公里量级。为解决光信号在光纤内衰减问题,实现地面长距离安全通信,此前尝试采用分段传输,通过量子中继技术进行级联的方式,最远光纤量子中继传输仅为公里量级。

  针对上述技术难题,研究团队在以下三方面开展了技术攻关:首先采用环形腔增强技术来提升单光子与原子系统间耦合,并优化光路传输效率,将此前的光与原子纠缠的亮度提高了一个数量级;其次,原子存储器对应的光波长在光纤中的损耗约为3.5dB/km,在50公里光纤中,光信号将衰减至十亿亿分之一(10-17.5),使得量子通信无法实现。

  特别的,基于济南量子技术研究院张强教授团队自主研发周期极化铌酸锂波导,通过非线性差频过程,将存储器的光波长由近红外(795 nm)转换至通信波段(1342 nm),经过50公里的光纤仅衰减至百分之一以上,效率相比之前提升了16个数量级;最后为实现远程单光子干涉,研究团队设计并实施了双重相位锁定方案,成功地把经过50公里光纤的传输后引起的光程差控制在50nm左右。

  该成果得到了国际著名科学媒体的广泛关注,认为这项工作使得量子互联网的实现更近一步。

                                                                                                                                                                               (摘编自《中国微米纳米技术学会》)