我國量子科技研究取得新突破 量子網(wǎng)絡(luò)走向現(xiàn)實可能

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，近日，該校潘建偉院士團隊在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得重要突破，首次實現(xiàn)可擴展量子中繼的基本模塊，并在此基礎(chǔ)上首次將器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)的傳輸距離突破百公里。相關(guān)成果分別于3日和6日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》和《科學(xué)》發(fā)表。

△兩個離子（原子）通過百公里光纖建立了確定性的糾纏，實現(xiàn)了器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)。

量子信息科學(xué)的終極目標(biāo)是構(gòu)建高效、安全的量子網(wǎng)絡(luò)：利用量子精密測量實現(xiàn)對信息的高精度感知、利用量子通信實現(xiàn)信息的安全和高效傳輸、利用量子計算實現(xiàn)信息的指數(shù)級加速處理，從而實現(xiàn)對物質(zhì)世界認(rèn)知能力的革命性飛躍。構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的基本要素是遠(yuǎn)距離確定性量子糾纏分發(fā)，但一直面臨一個難以解決的問題，就是量子信號在光纖中的衰減，嚴(yán)重制約了量子糾纏分發(fā)的距離。為解決量子通信遠(yuǎn)距離傳輸信號衰減問題，科學(xué)家們想到了“量子中繼”技術(shù)，相當(dāng)于在量子信號的“長途旅程”中設(shè)置多個“中轉(zhuǎn)站”，在相鄰站點之間產(chǎn)生糾纏，再將各段糾纏連接起來以實現(xiàn)遙遠(yuǎn)地點之間的糾纏分發(fā)。為了保證量子糾纏連接能夠有效實現(xiàn)，科研團隊在國際上首次實現(xiàn)長壽命量子糾纏，在糾纏的存活時間內(nèi)確保與之相鄰的糾纏能夠有效產(chǎn)生，從而成功構(gòu)建了可擴展量子中繼的基本模塊，使得遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實可能。

此外，科研團隊在器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域也取得新突破。量子密鑰分發(fā)是量子通信安全性的核心，而在器件無關(guān)方案下，即使量子器件本身完全不可信，生成的密鑰依然安全。此前國際上這項技術(shù)的傳輸距離最多只有幾百米，而這次我國科研團隊依托量子中繼技術(shù)的突破，實現(xiàn)了原子節(jié)點間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏，在此基礎(chǔ)上首次將器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)的傳輸距離突破百公里。

這兩項核心技術(shù)突破，不僅鞏固了我國在量子科技領(lǐng)域的國際領(lǐng)先優(yōu)勢，也為未來構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉介紹說，再經(jīng)過10到15年的努力，通用的量子計算機如果變成現(xiàn)實之后，利用量子中繼的基本模塊和與設(shè)備無關(guān)的密鑰分發(fā)，就可以把所有的量子計算機連成一個網(wǎng)絡(luò)。這樣的話，量子互聯(lián)網(wǎng)就會真正變成現(xiàn)實，實現(xiàn)對世界的信息精確感知，能夠為我們?nèi)ダ斫庹麄�物質(zhì)世界提供一種革命性的手段。

（總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉）