新華社合肥９月１日電（記者代群）記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉教授及其同事苑震生、陳宇翱等，利用冷原子量子存儲(chǔ)技術(shù)，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了具有存儲(chǔ)和讀出功能的糾纏交換。
這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出并轉(zhuǎn)化為光子糾纏，以進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸和量子操作。該實(shí)驗(yàn)成果完美地實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離量子通信中亟須的“量子中繼器”，向未來(lái)廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的最終實(shí)現(xiàn)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。８月２８日出版的國(guó)際著名科學(xué)期刊《自然》以“量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)”為題，發(fā)表了這項(xiàng)重要研究成果。
目前，高效安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注?；诹孔恿W(xué)的基本原理，量子通信具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，因此成為國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。然而，作為量子通信的基本資源，脆弱的糾纏光子極易被信道吸收，造成信號(hào)隨通信距離指數(shù)衰減、誤碼率提高進(jìn)而導(dǎo)致通信失敗。因此，目前量子通信的距離被限制在１００公里的量級(jí)。類比于傳統(tǒng)通信中為了補(bǔ)償信號(hào)衰減而建立的中繼器，奧地利科學(xué)家在理論上提出，可以通過(guò)量子存儲(chǔ)技術(shù)與量子糾纏交換和純化技術(shù)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)量子中繼器，從而最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的遠(yuǎn)距離量子通信。
據(jù)悉，潘建偉及其奧地利的同事分別在１９９８年和２００３年在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了糾纏交換和糾纏純化，但是量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)卻一直存在著很大的困難。為了解決這一問(wèn)題，一些科學(xué)家做了大量的研究工作。例如，段路明教授及其奧地利、美國(guó)的合作者曾于２００１年提出了基于原子系統(tǒng)的另一類量子中繼器方案，該方案具有易于實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界的廣泛重視。
然而，進(jìn)一步的研究表明，由于這一類量子中繼器方案存在著對(duì)于信道長(zhǎng)度抖動(dòng)過(guò)于敏感、誤碼率隨距離增加而增長(zhǎng)過(guò)快等嚴(yán)重問(wèn)題，無(wú)法被用于實(shí)際的遠(yuǎn)距離量子通信中。
為了解決上述困難，潘建偉和他的同事陳增兵、趙博等，于２００７年提出了具有存儲(chǔ)功能并且對(duì)信道長(zhǎng)度抖動(dòng)不敏感、誤碼率低的高效率量子中繼器的理論方案。同時(shí)，中國(guó)科大潘建偉小組及其德國(guó)、奧地利的同事經(jīng)過(guò)多年的合作研究，在逐步實(shí)現(xiàn)了光子－原子糾纏、光子比特到原子比特的量子隱形傳態(tài)等重要階段性成果的基礎(chǔ)上，最終在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了此類量子中繼器。
由于量子中繼器的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)在量子信息研究中的重要意義，《自然》雜志為此專門(mén)向有關(guān)科學(xué)新聞媒體召開(kāi)了新聞發(fā)布會(huì)，稱贊該工作“掃除了量子通信中的一大絆腳石”。
