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混合型量子网络实现可靠通信

文章来源:  发布时间:2017-11-23

来源:中国科技网 摘编:科学技术研究院 王玉国

能与现有通讯网兼容 距实际应用为时不远

科技日报北京11月23日电(记者聂翠蓉)《自然》杂志在线版22日刊登了量子通讯研究的一项里程碑式成果:西班牙光子科学研究所(ICFO)科学家用两种完全不同的量子节点,建立了一种混合型量子通信网络,并在两个节点间成功实现了光量子通信。新研究首次证明,不同量子节点组成的混合型量子网络,能像相同量子节点间一样进行可靠的量子信息传送。


包含两种量子节点的混合型量子通信网络示意图。图片来源:西班牙光子科学研究所
 

最近几年,量子信息网络逐渐发展成为一项颠覆性技术,代表了一种完全不同于以往的信息处理和交流方式。在传统信息网络中,信息用“0”和“1”编辑,处理信息的节点是电路和芯片,信息载体是光脉冲。而量子信息网络用粒子纠缠形成的量子位来处理和储存量子信息,其节点通常由冷原子气体或掺杂性固体等不同物质系统组成,节点间信息传递的载体是单光子。

在多年的研究中,科学家们对单光子载体的完美表现已经达成共识,但量子节点到底使用哪种物质才能让系统性能更佳,仍无法确定。于是有人提出,集两者之所长,用不同节点组建一种混合型量子网络。但作为信息载体的单光子需要不断变换其波长和带宽,才能与不同节点完美对接信息,这种必要条件成为混合型量子网络研发中的重大挑战。


工作人员在进行实验操作。图片来源:西班牙光子科学研究所
 

ICFO物理学家休斯·瑞德曼特带领同事克服了这一挑战。在他们创建的混合型量子网络中,激光制冷铷原子云作为发出信息的量子节点,掺杂镨离子的晶体作为接收信息的量子节点,单光子能随时转换波长,其在传递信息中的波长甚至能转换成与现有C波段通信系统兼容的1552纳米。研究团队还在两个实验室间对混合型量子网络进行了验证,结果单光子载体在2.5微秒内成功将1个量子位的信息从铷原子云节点传送到另一个量子节点。瑞德曼表示,新研究是混合型量子网络里程碑式的突破,其还能与现有通讯网络兼容,距离未来应用已为时不远。