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　　中國科(ke)學技術(shu)大學教授潘建偉及其同事陳宇翱、徐飛虎等(deng)在國際(ji)上(shang)首次實驗實現全光量子(zi)中繼器的(de)原理(li)性驗證，為構建遠距離(li)光纖量子(zi)網絡(luo)開辟了新途徑(jing)。該成果于(yu)近(jin)日在國際(ji)學術(shu)權威期刊《自然(ran)·光子(zi)學》上(shang)在線發表。

　　在(zai)遠距離(li)(li)(li)(li)量(liang)子(zi)通信(xin)(xin)的(de)過程中(zhong)(zhong)，信(xin)(xin)道(dao)(dao)傳遞的(de)量(liang)子(zi)態往往隨著通信(xin)(xin)距離(li)(li)(li)(li)的(de)增加而(er)指數減少，這極大地(di)限制了量(liang)子(zi)通信(xin)(xin)的(de)有效傳輸距離(li)(li)(li)(li)。如何實(shi)現遠距離(li)(li)(li)(li)量(liang)子(zi)通信(xin)(xin)一直以來都是國際研究的(de)熱點(dian)。目(mu)前主要有兩(liang)種解決方案(an)。其(qi)一是在(zai)幾(ji)乎真空，量(liang)子(zi)信(xin)(xin)號損耗極小的(de)外太空，利(li)用衛星擴(kuo)(kuo)展量(liang)子(zi)通信(xin)(xin)距離(li)(li)(li)(li);我國于(yu)2016年成功發(fa)射了國際首(shou)顆量(liang)子(zi)科學(xue)實(shi)驗(yan)衛星“墨子(zi)號”，成功驗(yan)證了這一方案(an)的(de)可行性(xing)。其(qi)二是在(zai)光纖(xian)網絡中(zhong)(zhong)使用量(liang)子(zi)中(zhong)(zhong)繼器，將一段長(chang)距離(li)(li)(li)(li)光纖(xian)信(xin)(xin)道(dao)(dao)分割(ge)成多段距離(li)(li)(li)(li)比(bi)較短的(de)信(xin)(xin)道(dao)(dao)，使得(de)量(liang)子(zi)信(xin)(xin)號不(bu)再隨距離(li)(li)(li)(li)的(de)增加而(er)指數衰減，從而(er)擴(kuo)(kuo)展量(liang)子(zi)通信(xin)(xin)距離(li)(li)(li)(li)。

　　鑒于量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)的(de)(de)重要科學和應用(yong)價值，國際上(shang)(shang)關于量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)研究的(de)(de)競爭非常激烈。傳統量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)需要基于糾纏(chan)交換、糾纏(chan)純(chun)化(hua)、量(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲三個必不可少的(de)(de)技術。然而，目前的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲性能有限，實現實用(yong)化(hua)量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)還需假以時(shi)日。全光(guang)量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)方案在理論上(shang)(shang)可以實現無需量(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)，為利用(yong)量(liang)(liang)子(zi)(zi)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)實現遠距離光(guang)纖量(liang)(liang)子(zi)(zi)通信網絡提供了另(ling)一(yi)種原則上(shang)(shang)可行的(de)(de)方案。

　　在(zai)該項工作中(zhong)，研(yan)(yan)究團隊首(shou)先對原(yuan)始的(de)(de)全(quan)光量子(zi)(zi)中(zhong)繼方(fang)案(an)進行改(gai)進，設計了實驗可行的(de)(de)方(fang)案(an)。在(zai)該方(fang)案(an)中(zhong)，研(yan)(yan)究團隊使用(yong)了光子(zi)(zi)GHZ態(tai)和后(hou)選擇貝爾(er)測(ce)(ce)量來實現不同信(xin)道間光子(zi)(zi)對的(de)(de)任意連接，從而有效(xiao)地(di)提升量子(zi)(zi)信(xin)道中(zhong)糾(jiu)纏態(tai)的(de)(de)分發成(cheng)功概率(lv)。然后(hou)，研(yan)(yan)究團隊利用(yong)六個(ge)獨(du)立的(de)(de)參量下轉換(huan)(huan)雙光子(zi)(zi)糾(jiu)纏源，在(zai)實驗上成(cheng)功地(di)搭(da)建了一個(ge)基于十二光子(zi)(zi)的(de)(de)全(quan)光量子(zi)(zi)中(zhong)繼器(qi)，測(ce)(ce)試了該量子(zi)(zi)中(zhong)繼器(qi)的(de)(de)各(ge)方(fang)面(mian)性能，并(bing)在(zai)實驗上驗證了其相比(bi)于糾(jiu)纏交(jiao)換(huan)(huan)方(fang)案(an)的(de)(de)優勢。實驗結果顯示，全(quan)光量子(zi)(zi)中(zhong)繼器(qi)可以(yi)有效(xiao)提升量子(zi)(zi)態(tai)的(de)(de)傳(chuan)輸速率(lv)，從而拓展量子(zi)(zi)通信(xin)的(de)(de)傳(chuan)輸距(ju)離(li)。

　　該項工作成功(gong)驗證了(le)全(quan)光量子(zi)(zi)(zi)中繼器的可行性，在原理上使得量子(zi)(zi)(zi)存儲器不再是搭建量子(zi)(zi)(zi)中繼器的必要條件，為實(shi)用化量子(zi)(zi)(zi)中繼器的研(yan)究開(kai)辟了(le)新途(tu)徑。

　　(原標題：量子網絡(luo)研(yan)究取得重要進展：中國(guo)科大首次(ci)實(shi)現全光量子中繼)