我國科學家成功實現(xiàn)相距50公里光纖存儲器間的量子糾纏

濟南量子技術研究院量子探測與波導器件實驗室張強教授、謝秀平高工、鄭名揚副研究員基于自主研發(fā)的周期極化鈮酸鋰波導，助力中國科技大學潘建偉院士團隊成功將相距50公里光纖的兩個量子存儲器糾纏起來，并演示了經由22公里外場光纖的雙節(jié)點糾纏。該成果將實用化的量子中繼器向前推進了一大步，為構建基于量子中繼的量子網絡奠定了堅實基礎。

構建全球化量子網絡并在此基礎上實現(xiàn)量子通信是量子信息研究的終極目標之一。目前最遠的點對點地面安全通信距離僅為百公里量級，通過發(fā)展量子中繼技術，有望進一步大幅拓展安全通信距離。

然而，受限于光與原子糾纏亮度低、原子存儲器波長與通信光纖不匹配和遠程單光子干涉等技術瓶頸，此前最遠光纖量子中繼僅為公里量級。針對上述技術難題，研究團隊首先采用環(huán)形腔增強技術提升單光子與原子系綜間耦合，并優(yōu)化光路傳輸效率，將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個數(shù)量級;其次，原子存儲器對應的光波長在光纖中的損耗約為3.5分貝/公里，在50公里光纖中，光信號將衰減至十億億分之一，使得量子通信無法實現(xiàn)。張強教授團隊自主研發(fā)的周期極化鈮酸鋰波導，通過非線性差頻過程，將存儲器的光波長由近紅外轉換至通信波段，經過50公里的光纖僅衰減至百分之一以上，效率相比之前提升了16個數(shù)量級;最后為實現(xiàn)遠程單光子干涉，研究團隊設計并實施了雙重相位鎖定方案，成功地把經過50公里光纖傳輸后引起的光程差控制在50納米左右。