近日,我在研究中发现,我们国家在量子通信网络技术的发展上取得了显著进展。首次实现的是两个相距50公里光纤两端的量子存储器之间的量子纠缠。这项工作是中国科学技术大学、济南量子技术研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所等单位科学家的共同努力。他们运用高亮度光与原子纠缠源、高效单光子频率转换和远程单光子精密干涉等先进技术,成功地将这两个位于不同位置的存储器联系起来,为构建基于量子的长距离通信奠定了基础。
目前,人们通常通过卫星进行自由空间信道来实现广域覆盖,再利用地面上的光纤网络进行城域和城际覆盖。然而,由于光信号在传输过程中的衰减问题,点对点的地面安全通信距离仅限于百公里级别。此前尝试采用分段传输或通过量子中继来解决这一问题,但效果有限,只能实现几公里级别的传输距离。
为了克服这一限制,研究团队采用了一种环形腔增强技术来提高单个原子的耦合率,并优化了光路传输效率,使得原来的绑定效率提升了一个数量级。此外,我们还自主研发了一种周期极化铌酸锂波导,将原本使用近红外波长(795 nm)的存储器转换为更适合通信用的波长(1342 nm),经过50公里的光纤后,只有3% 的信号衰减,这比之前大幅提高;我们还设计并实施了一种双重相位锁定方案,以确保远程单个粒子的干涉能够准确无误地完成,从而控制了经过50公里光纤后的时间差距到50纳米以下。最后,我们将所有这些创新性的方法整合起来,不仅成功实现了两端节点间经由50公里光纤的双节点纠缠,还演示了从22公里以外场景中引入的一端到另一端的双节点纠缠。这一成果得到了美国《科学》杂志、麻省理工科技评论、美国《科学新闻》以及英国《新科学家》的广泛关注,被认为这是向构建真正可行的大规模quantum Internet迈出重要一步。