中國科學技術大學教授潘建偉和包小輝等采用冷原子系綜，在國際上首次研制出百毫秒級高效量子存儲器，為遠距離量子中繼系統的建構奠定了堅實基礎。該成果日前發表在國際權威學術期刊《自然·光子學》上。
量子中繼對于量子通信有多重要？
量子中繼器：量子通信系統使用糾纏光子對為信号源，而量子中繼器通過糾纏制備、糾纏分發、糾纏純化和糾纏交換來實作中繼功能的轉換器。 量子信号的傳輸距離由中繼級數決定。使用這種中繼器的量子通信系統可以用于長距離量子通信。
量子中繼可以解決光子信号在光纖内指數衰減的重大難題，是未來實作超遠距離量子通信的重要途徑之一。其基本原理是采用分段糾纏分發與糾纏交換相結合來拓展通信距離，核心是量子存儲技術，通過對光子比特進行緩存，可大幅提升糾纏連接配接效率。為滿足遠距離量子中繼的實際需求，量子存儲器需要對單量子态進行長時間存儲且具備高讀出效率。
主要功能
一般來說，經典通信中，在利用中繼技術恢複信号的能量同時，起了兩個方面的作用：一方面恢複了信号的傳輸特性，另一方面表示資訊的比特也随之得到了恢複。與經典中繼器不同，量子中繼器不是一個放大器，需要利用盆子态的糾纏與交換來實作量子中繼功能。
量子通信中的資訊載體一童子信号具有量子特性，傳輸和最終檢測的核心部分不是能量而是信号的某種量子狀态。研究表明，量子信号的狀态同時受到經典噪聲和量子嗓聲的影響，這些噪聲會導緻量子比特的退相千現象發生，進而導緻資訊丢失，使得量子通信不能正常進行。另一方面，經典噪聲使得t 子信号的傳輸特性不斷衰減，導緻量子信号不斷變弱，最終難以檢測。
是以，量子中繼應該具有兩個方面的功能：
1、通過補充量子信号的能量實作量子信号的穩定傳輸
2、在補充量子信号能量的同時,，保證量子信号攜帶的量子比特不發生改變
量子存儲研究進展
近年來，量子存儲的實驗研究進展很快，衆多實體體系的存儲名額均在不斷進步。然而到目前為止，還沒有一個體系能夠在存儲時間和效率方面同時滿足量子中繼需求。冷原子系綜是量子存儲實驗研究的一個重要實體體系，它的主要優點包括操縱手段豐富、退相幹機制簡單等。2012年，潘建偉、包小輝等首次實作了毫秒級的高效量子存儲器，但該存儲時間仍與遠距離量子中繼的實際需求相距較遠。
為進一步提升存儲時間，近年來發展了三維光晶格限制原子運動等多項關鍵實驗技術，使得原子運動導緻的退相幹得到大幅抑制，并最終成功實作了存儲壽命達到0.22秒、讀出效率達到76%的高性能量子存儲器。該實驗的重要意義在于，第一次将存儲壽命及讀出效率提升到能夠滿足遠距離量子中繼的實際需求。據估算，該成果結合多模存儲、高效通訊波段接口等技術，在原理上已經可支援通過量子中繼實作500公裡以上糾纏分發。
原文釋出時間為：2017-03-23
本文作者： DeepTech深科技
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九州量子，如需轉載請聯系原作者。