量子网络研究取得重要进展 中科大首次实现全光

前沿：全光量子中继器的重大突破

中国科技之光再显辉煌！据中国科学技术大学的消息透露，该校的潘建伟教授及其卓越的团队——包括陈宇翱和徐飞虎等——已经在国际舞台上完成了全光量子中继器的原理性验证实验。这一创举为构建远距离光纤量子网络铺设了崭新的道路，相关成果已在国际权威期刊《自然光子学》上在线发表。

当人们谈论远距离量子通信时，往往会遇到一个重大难题：随着通信距离的增加，信道传递的量子态会指数级衰减，这无疑是量子通信有效传输距离的一大瓶颈。那么，如何实现远距离量子通信呢？这一问题一直是国际研究的热点。目前，主要的解决方案有两种。一种是利用卫星在几乎真空、量子信号损耗极小的外太空扩展量子通信距离，我国已于2016年成功发射了国际首颗量子科学实验卫星“墨子号”，成功验证了这一方案的可行性。另一种方案则是在光纤网络中使用量子中继器。

量子中继器的重要性不言而喻，其应用价值和科学意义使得国际上对其研究的竞争异常激烈。传统的量子中继器离不开纠缠交换、纠缠纯化和量子存储三个核心技术的支持。目前的量子存储性能仍有局限，实现实用的量子中继器尚需时日。而全光量子中继方案则提供了一种理论上的可能性，即实现无需量子存储的量子中继器，为远距离光纤量子通信网络的建设提供了另一种原则上的可行方案。

在这项令人瞩目的工作中，研究团队对原始的全光量子中继方案进行了改进，设计出了实验可行的方案。他们巧妙地使用了光子GHZ态和后选择贝尔测量，实现了不同信道间光子对的任意连接，从而显著提升了量子信道中纠缠态的分发成功概率。在实验中，他们成功地搭建了一个基于十二光子的全光量子中继器，并对其性能进行了全面测试。实验结果显示，全光量子中继器能大幅提升量子态的传输速率，进而扩展量子通信的传输距离。

这一重大突破成功验证了全光量子中继器的可行性，为实用化量子中继器的研究打开了新的大门。最重要的是，这项成果在原理上使得量子存储器不再是搭建量子中继器的必要条件，这无疑为实用化量子中继器的研发带来了全新的希望和可能。