潘建伟小组首次实现可扩展量子中继器的光学演示

本报合肥10月31日电(记者吴长锋)《科学技术日报》记者10月31日从中国科技大学获悉，潘建伟教授和他在该校的同事首次利用参量下转换光源实现了基于线性光学的量子中继器中的嵌套纠缠提纯和二次纠缠交换过程。这两篇研究论文发表在国际学术期刊《自然光子学》和《物理评论快报》上。

量子中继器是地面实际长距离量子通信中必不可少的关键设备。受通信链路衰减和噪声等因素的影响，直接量子通信的节点距离是有限的。为了突破这一限制，量子中继器可以用来连接多个通信节点，从而实现远距离量子通信。

潘剑伟团队在多光子纠缠的制备和操控方面一直处于世界领先地位。这项工作基于八体纠缠光源，首次演示了嵌套量子纠缠提纯和级联量子纠缠交换。通过巧妙设置贝尔态测量装置，不仅可以完全消除纠缠交换过程中的双光子干涉项，还可以保持分布式量子态的进一步可控性。光纤模拟量子存储和测量反馈装置的结合成功实现了可扩展量子中继器的光学演示。

这项开创性的工作进一步验证了基于参量下转换光源构建量子中继器的可行性。该技术也可以直接应用于基于原子系综的量子中继器。

这两项工作都克服了长期的技术障碍，即过去只能证明量子中继器中的单个纠缠操纵。他们首次实现了量子态的连续纠缠操纵，并成功开发了基于线性光学系统的可扩展量子中继器技术。基于该技术，可以自动消除过去量子纠缠交换过程中阻碍分布态进一步相干操作的主要噪声，为基于原子系综的可扩展线性光量子中继器的未来实现提供前瞻性技术指导。