記者2月6日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事汪野、萬(wàn)雍、張強(qiáng)等與合作者合作，在國(guó)際上首次構(gòu)建出可擴(kuò)展量子中繼的基本模塊，并實(shí)現(xiàn)了單原子節(jié)點(diǎn)間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏，在此基礎(chǔ)上首次將器件無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）的傳輸距離突破百公里，極大推進(jìn)了該技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。兩項(xiàng)成果分別于北京時(shí)間2月3日和6日發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》和《科學(xué)》。

光纖的固有損耗導(dǎo)致量子糾纏的傳輸效率隨距離成指數(shù)衰減，量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案。但是，近30年來(lái)始終未能解決的一項(xiàng)重大技術(shù)難題是：糾纏的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于產(chǎn)生糾纏所需的時(shí)間，以至于在糾纏的存活時(shí)間內(nèi)，與之相鄰的糾纏難以確定性產(chǎn)生，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)糾纏的有效連接，嚴(yán)重制約了量子中繼的可擴(kuò)展性。

針對(duì)這一核心難題，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)發(fā)展長(zhǎng)壽命囚禁離子量子存儲(chǔ)器、高效率離子—光子通信接口及高保真度單光子糾纏協(xié)議，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命量子糾纏，糾纏壽命（550毫秒）顯著超過(guò)糾纏建立所需的時(shí)間（450毫秒），從而成功構(gòu)建了可擴(kuò)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(shí)可能。

以往的量子保密通信方案需要對(duì)器件參數(shù)進(jìn)行精確標(biāo)定以保障現(xiàn)實(shí)安全性。而基于糾纏的“器件無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）”方案則突破了這一限制，即使量子器件完全不可信，也能夠保障密鑰的安全，將大幅提升量子密鑰分發(fā)的實(shí)用性和抗攻擊能力，被譽(yù)為“密碼學(xué)者千年來(lái)所追尋的‘圣杯’”。然而，DI-QKD的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)面臨極為嚴(yán)苛的技術(shù)門(mén)檻，國(guó)際上此前相關(guān)實(shí)驗(yàn)演示大多局限于數(shù)米至數(shù)百米短距離范圍。

基于可擴(kuò)展量子中繼技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)銣原子間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)首次將設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)的距離突破百公里，較國(guó)際此前最好實(shí)驗(yàn)水平提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

潘建偉院士表示，上述突破是我國(guó)繼“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星之后又一里程碑式成果，標(biāo)志著基于量子糾纏的光纖量子網(wǎng)絡(luò)正在從理論構(gòu)想走向現(xiàn)實(shí)可能，進(jìn)一步擴(kuò)大了我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）