日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)合作,，在量子中繼與量子網(wǎng)絡(luò)方向取得重大突破,。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)發(fā)展高亮度光與原子糾纏源、低噪高效單光子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和遠(yuǎn)程單光子精密干涉技術(shù),，成功地將相距50公里光纖的兩個(gè)量子存儲(chǔ)器糾纏起來(lái),，為構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。這一成果今天（13日）在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表,。

構(gòu)建全球化量子網(wǎng)絡(luò)并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)量子通信是量子信息研究的終極目標(biāo)之一,，國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛采用的量子通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展路線是通過(guò)基于衛(wèi)星的自由空間信道來(lái)實(shí)現(xiàn)廣域大尺度覆蓋，通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)城域及城際的地面覆蓋,。然而受限于光信號(hào)在光纖內(nèi)的指數(shù)衰減,，最遠(yuǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地面安全通信距離僅為百公里量級(jí)。將遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸改為分段傳輸,，并采用量子中繼技術(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián),，有望進(jìn)一步大幅拓展安全通信距離，并使得構(gòu)建全量子網(wǎng)絡(luò)成為可能,。

然而,，受限于光與原子糾纏亮度低等技術(shù)瓶頸，此前最遠(yuǎn)光纖量子中繼僅為公里量級(jí),。針對(duì)上述技術(shù)難題,，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列技術(shù)攻關(guān)。首先,，采用環(huán)形腔增強(qiáng)技術(shù)來(lái)提升單光子與原子系綜間耦合,，并優(yōu)化光路傳輸效率，將此前的光與原子糾纏的亮度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),；其次,，由于原子存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)在光纖中的損耗約為3.5dB/km，在50公里光纖中光信號(hào)將衰減至十億億分之一,，使得量子通信無(wú)法實(shí)現(xiàn),，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，通過(guò)非線性差頻過(guò)程，將存儲(chǔ)器的光波長(zhǎng)由近紅外轉(zhuǎn)換至通信波段,，經(jīng)過(guò)50公里的光纖僅衰減至百分之一以上,，效率相比之前提升了16個(gè)數(shù)量級(jí),；最后,，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程單光子干涉，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)施了雙重相位鎖定方案,，成功地把經(jīng)過(guò)50公里光纖的傳輸后引起的光程差控制在50nm左右,。

通過(guò)多種前沿技術(shù)的結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了經(jīng)由50公里光纖傳輸?shù)碾p節(jié)點(diǎn)糾纏,，并演示了經(jīng)由22公里外場(chǎng)光纖的雙節(jié)點(diǎn)糾纏,。該工作得到《自然》審稿人的高度評(píng)價(jià)“該結(jié)果是非常杰出的，向?qū)崿F(xiàn)量子中繼方向邁出了重要一步”,，“將這些操作拓展至城域距離是本領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展”。（總臺(tái)央視記者 帥俊全）