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

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，近日，該校潘建偉院士團(tuán)隊(duì)在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得重要突破，首次實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》和《科學(xué)》發(fā)表。

△兩個(gè)離子（原子）通過百公里光纖建立了確定性的糾纏，實(shí)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(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的高精度感知、利用量子通信實(shí)現(xiàn)信息的安全和高效傳輸、利用量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)信息的指數(shù)級(jí)加速處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)難以解決的問題，就是量子信號(hào)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(hào)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(hào)的“長(zhǎng)途旅程”中設(shè)置多個(gè)“中轉(zhuǎn)站”，在相鄰站點(diǎn)之間產(chǎn)生糾纏，再將各段糾纏連接起來以實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的糾纏分發(fā)。為了保證量子糾纏連接能夠有效實(shí)現(xiàn)，科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命量子糾纏，在糾纏的存活時(shí)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(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。

此外，科研團(tuán)隊(duì)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(guó)際上這項(xiàng)技術(shù)的傳輸距離最多只有幾百米，而這次我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)依托量子中繼技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)了原子節(jié)點(diǎn)間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏，在此基礎(chǔ)上首次將器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)的傳輸距離突破百公里。

這兩項(xiàng)核心技術(shù)突破，不僅鞏固了我國(guó)在量子科技領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，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(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉介紹說，再經(jīng)過10到15年的努力，通用的量子計(jì)算機(jī)如果變成現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這樣的話，量子互聯(lián)網(wǎng)就會(huì)真正變成現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)世界的信息精確感知，能夠?yàn)槲覀內(nèi)ダ斫庹麄�(gè)物質(zhì)世界提供一種革命性的手段。

（總臺(tái)央視記者 帥俊全 褚爾嘉）