記者2月6日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉及其同事汪野、萬雍、張強等與合作者合作，在國際上首次構建出可擴展量子中繼的基本模塊，并實現(xiàn)了單原子節(jié)點間的遠距離高保真糾纏，在此基礎上首次將器件無關量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）的傳輸距離突破百公里，極大推進了該技術的實用化進程。兩項成果分別于北京時間2月3日和6日發(fā)表于國際期刊《自然》和《科學》。
光纖的固有損耗導致量子糾纏的傳輸效率隨距離成指數衰減，量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案。但是，近30年來始終未能解決的一項重大技術難題是：糾纏的壽命遠遠短于產生糾纏所需的時間，以至于在糾纏的存活時間內，與之相鄰的糾纏難以確定性產生，因而無法實現(xiàn)糾纏的有效連接，嚴重制約了量子中繼的可擴展性。
針對這一核心難題，中國科學技術大學研究團隊通過發(fā)展長壽命囚禁離子量子存儲器、高效率離子—光子通信接口及高保真度單光子糾纏協(xié)議，在國際上首次實現(xiàn)長壽命量子糾纏，糾纏壽命（550毫秒）顯著超過糾纏建立所需的時間（450毫秒），從而成功構建了可擴展量子中繼的基本模塊，使得遠距離量子網絡成為現(xiàn)實可能。
以往的量子保密通信方案需要對器件參數進行精確標定以保障現(xiàn)實安全性。而基于糾纏的“器件無關量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）”方案則突破了這一限制，即使量子器件完全不可信，也能夠保障密鑰的安全，將大幅提升量子密鑰分發(fā)的實用性和抗攻擊能力，被譽為“密碼學者千年來所追尋的‘圣杯’”。然而，DI-QKD的實驗實現(xiàn)面臨極為嚴苛的技術門檻，國際上此前相關實驗演示大多局限于數米至數百米短距離范圍。
基于可擴展量子中繼技術，研究團隊進一步成功實現(xiàn)了兩個銣原子間的遠距離高保真糾纏。在此基礎上，研究團隊首次將設備無關量子密鑰分發(fā)的距離突破百公里，較國際此前最好實驗水平提升兩個數量級以上。
潘建偉院士表示，上述突破是我國繼“墨子號”量子衛(wèi)星之后又一里程碑式成果，標志著基于量子糾纏的光纖量子網絡正在從理論構想走向現(xiàn)實可能，進一步擴大了我國在該領域的國際領先優(yōu)勢。
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