3/09/2021，光纖在線訊，近日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明研究組在量子信息領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了量子中繼協(xié)議中的兩個(gè)中繼模塊間的高效糾纏連接，成功展示了量子中繼模塊連接效率的規(guī)�；�提升，這是實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的量子中繼器的一個(gè)關(guān)鍵步驟。

近年來，如何將小規(guī)模的中繼模塊通過量子存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)，與鄰近中繼模塊高效的連接成為一個(gè)更大的中繼模塊，從而擴(kuò)大量子糾纏在空間中的分布，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)技術(shù)方面存在的困難，一直尚未實(shí)現(xiàn)。

在本次實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過將超低溫銣原子氣體囚禁在一維光晶格中，通過光學(xué)泵浦將原子制備在對(duì)磁場變化不敏感的鐘態(tài)，并且精確調(diào)控施加在原子所在位置的磁場，成功將冷原子量子中繼的相干時(shí)間提升至數(shù)十毫秒量級(jí)并能保證讀取的量子態(tài)具有很高的保真度。

此外，結(jié)合實(shí)時(shí)反饋的高速控制系統(tǒng)，通過將先產(chǎn)生量子糾纏的中繼模塊存儲(chǔ)至相鄰中繼模塊也產(chǎn)生量子糾纏之時(shí)，實(shí)現(xiàn)了相鄰兩個(gè)量子中繼模塊內(nèi)部的量子糾纏的異步制備。最后在兩個(gè)模塊之間通過糾纏交換，實(shí)現(xiàn)量子中繼模塊的高效糾纏連接。通過這種方式進(jìn)行糾纏連接，其連接效率線性正比于單個(gè)模塊內(nèi)部糾纏制備所需要的時(shí)間，與之前研究中未使用量子存儲(chǔ)的同步制備兩個(gè)中繼模塊內(nèi)部的量子糾纏所需要的二次方時(shí)間相比，改變了連接效率在規(guī)�；�上的復(fù)雜度；單個(gè)量子中繼模塊內(nèi)部糾纏制備概率為0.1%時(shí)，該工作能提高兩個(gè)量子中繼模塊糾纏連接的效率353倍。

當(dāng)未來量子中繼模塊從兩個(gè)擴(kuò)展到N個(gè)時(shí)，這種效率提升對(duì)應(yīng)了量子中繼器對(duì)直接傳輸量子通訊在量子糾纏分發(fā)效率上的指數(shù)級(jí)提升。因此該工作通過使用量子存儲(chǔ)，首次實(shí)現(xiàn)了不同量子中繼模塊的按需式糾纏連接，且連接效率得以規(guī)模化提升，展現(xiàn)了量子中繼器對(duì)長程量子通信的核心加速能力。

本文整理自清華大學(xué)官網(wǎng)