| 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授周宗權(quán)： |
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| 為遠(yuǎn)程量子通信提供全新解決方案 |
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問：團(tuán)隊基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態(tài)量子存儲器，實現(xiàn)了一種基于吸收型存儲器的多模式量子中繼，并成功將光存儲時間提升至1小時。請問此項工作同以往相比最大的突破點是什么？
周宗權(quán)：光子傳輸損耗導(dǎo)致在地面不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程的量子通信，量子中繼和量子U盤是實現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信的兩種可行方案。
量子中繼的思想是把短程糾纏的量子存儲器逐步連接起來，獲得遠(yuǎn)程的量子糾纏。前人的量子中繼都是基于發(fā)射性存儲器構(gòu)建，它的糾纏光子是由存儲器直接發(fā)射出來的。這種量子中繼結(jié)構(gòu)簡單，但是物理系統(tǒng)單一，通信速率受限。
我們實現(xiàn)的是基于吸收性存儲器的量子中繼。在這種量子中繼中，量子糾纏光源和量子存儲器是相互獨立的，這是一種全新的量子中繼架構(gòu)�；诙嗄Ｊ搅孔又欣^糾纏闡述，如果把量子中繼看作一個橋梁的話，前人量子中繼相當(dāng)于是具有單個車道的橋梁，而我們的多模式量子中繼是一座具有四車道的橋梁，相應(yīng)它的通信速率也就提升了4倍。
量子U盤的思想是把光子存入量子存儲器，然后借助高鐵、飛機(jī)等傳統(tǒng)運輸工具運輸存儲器來實現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信�？紤]現(xiàn)實中的運輸速度，量子U盤對光存儲時間為小時量計，而此前國際上光存儲的最長時間為一分鐘，這是德國團(tuán)隊在2013年實現(xiàn)的。
我們基于自主搭建的光學(xué)拉曼外差探測核磁共振譜儀，精準(zhǔn)測定稀土離子能級結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步結(jié)合低溫、磁場、激光及射頻聯(lián)合操控技術(shù)，把相關(guān)光子存儲時間提升至1小時，大幅刷新了光存儲時間的世界紀(jì)錄，也證實了光量子U盤的原理可行性。我們的工作為遠(yuǎn)程量子通信的實現(xiàn)提供了基于稀土離子的全新解決方案：一是基于吸收型存儲器的多模式量子中繼，二是基于稀土離子構(gòu)建量子U盤。
問：您將此次實驗比喻為“鵲橋”，可否具體解釋一下？
周宗權(quán)：量子中繼所要解決的問題，是有A和B兩個量子存儲器，它們相距很遠(yuǎn)無法見面，要在AB當(dāng)中建立起量子糾纏，實現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信。
這個問題和傳說故事中的“鵲橋”是類似的：牛郎和織女被天河相隔，只有借助鵲橋才能相會。我們可以想象量子存儲器A是量子世界中的牛郎，B是量子世界中的織女，在A和B之間需要架起一座通信的橋梁，而量子中繼就是量子世界中的這座鵲橋�！�
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2022年2月刊 封面)