实现14.5公里远距离物质纠缠 中国科学家取得新突破
■“星汉二号”多模式量子中继艺术示意图。（受访者供图）
据新华社电 记者从中国科学技术大学获悉，我国科研团队在安徽省合肥市成功建成“星汉二号”多模式量子中继网络，实现了14.5公里的物质纠缠，有望成为未来量子网络的根本性技术路线。相关成果于5月7日在线发表在国际学术期刊《自然·光子学》。
量子中继是构建未来量子互联网的关键技术。由于量子信号在光纤中传输时会快速衰减，科学家通过量子中继将长距离信道分解为多段短程链路，分段建立物质纠缠态后再连接，从而克服光纤信道中的指数级损耗。
此前，量子中继协议主要分为单光子干涉和双光子干涉两类。单光子干涉仅需在中间站探测到一个光子，速率较高，但对信道相位抖动敏感，保真度受限；而双光子干涉需同时探测到一对光子，保真度高但速率低。速率与保真度之间的权衡，成为制约量子中继性能与应用的根本矛盾。
为解决这一两难困境，中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权、黄运锋等人原创性提出了基于时间测量的多模式量子中继方案，不再要求一对光子同时到达中间站点，而是允许它们“一先一后”到达，通过精确测量其时间差来预报纠缠，并借助多模式量子存储实现任意延时纠缠光子的按需读取。此方案成功结合了单光子干涉的高速率和双光子干涉的高保真度优势，支持高速率、高保真的纠缠分发，可直接兼容现有光纤网络基础设施。
团队在合肥市建立了“星汉二号”多模式量子中继网络，这一系统纠缠保真度达78.6％，两个量子存储器的直线距离为14.5公里。《自然·光子学》审稿人评价，这一方案解决了量子中继协议中长期存在的速率与保真度矛盾难题，其纠缠分发速率超过此前的城域量子中继上百倍。
李传锋介绍，这一工作实现了迄今为止公开报道中最远距离的物质纠缠，标志着团队此前发布的“星汉一号”多模式量子中继从实验室原理验证推进到城市网络环境中的应用展示，彰显出多模式复用技术有望成为未来量子网络的根本性技术路线。