北京時(shí)間2月13日凌晨，最新一期 Nature發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)的最新重磅成果：兩個(gè)量子存儲器通過光纖跨越數(shù)十公里實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程糾纏。

在這項(xiàng)最新研究中，潘建偉、包小輝及其同事利用一種名為腔增強(qiáng)的量子效應(yīng)，來制備糾纏原子和光子，再將這些糾纏原子和光子轉(zhuǎn)換為適合于電信傳輸?shù)念l率，最后在兩個(gè)由50公里長光纖連接的節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)了糾纏。

研究結(jié)果表明，與糾纏光子相比，多節(jié)點(diǎn)之間的原子–光子糾纏可能更適合量子糾纏的遠(yuǎn)距離傳輸。

本項(xiàng)研究演示了兩個(gè)相距50公里的量子存儲器的糾纏，這一距離足以連接兩座城市，并比之前報(bào)道的距離要遠(yuǎn)得多，或?yàn)閷?shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離糾纏鋪平了道路，有助于量子互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)。

就像計(jì)算機(jī)中的硬盤驅(qū)動器一樣，量子儲存器存儲量子信息。它們是構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的必要部分，并將促進(jìn)實(shí)現(xiàn)超安全的量子通信，允許遠(yuǎn)程量子計(jì)算機(jī)一起工作。

以前，科學(xué)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相距1200公里的單個(gè)光粒子糾纏，但是這種糾纏無法存儲，而量子儲存器糾纏之前最大物理距離只有一公里之遙。

遠(yuǎn)程糾纏的突破

實(shí)現(xiàn)連接遠(yuǎn)程量子處理器的量子互聯(lián)網(wǎng)，將能夠支持許多革命性的應(yīng)用，比如分布式量子計(jì)算。而想要實(shí)現(xiàn)量子通信，建立遠(yuǎn)程量子存儲器之間的糾纏是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

盡管相關(guān)研究已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展，但由于嚴(yán)重的傳輸損失，此前兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可實(shí)現(xiàn)的最大物理距離是1.3公里，想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程糾纏依然存在巨大挑戰(zhàn)。

為了將距離擴(kuò)展到城市規(guī)模，在這項(xiàng)最新論文中，研究人員將基于原子團(tuán)的量子儲存器與有效的量子頻率轉(zhuǎn)換（QFC）相結(jié)合，并通過數(shù)十公里的城市級光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)量子儲存器的糾纏。

原子集合之間的遠(yuǎn)程糾纏產(chǎn)生示意圖，兩個(gè)量子存儲節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn) A 和 B）通過光纖連接到一個(gè)用于光子測量的中間站。

具體而言，研究人員利用腔增強(qiáng)來創(chuàng)建原子-光量子糾纏的明亮來源，并采用差分頻率生成（DFG）工藝實(shí)現(xiàn)光纖低損耗傳輸，然后通過雙光子干涉實(shí)現(xiàn)了超過22公里的原子團(tuán)糾纏，并通過單光子干涉實(shí)現(xiàn)了超過50公里的原子團(tuán)糾纏。

遠(yuǎn)程糾纏實(shí)驗(yàn)鳥瞰圖，兩個(gè)量子節(jié)點(diǎn)位于中國科技大學(xué)，來自兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電信光子通過兩個(gè)平行的部署光纖，傳輸?shù)轿挥诤戏受浖@的中間站。

該實(shí)驗(yàn)證明了兩種通過光纖中的長距離光子傳輸實(shí)現(xiàn)雙量子存儲器糾纏的可行方法。研究人員表示，通過加入更多的量子存儲器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以擴(kuò)展到通過多光子干涉在遠(yuǎn)距離糾纏多個(gè)量子存儲器，還可以在兩個(gè)子鏈路上產(chǎn)生兩對遠(yuǎn)程原子糾纏，并按照量子中繼方案通過糾纏交換來延長原子糾纏的距離，串聯(lián)此過程可以足夠地延長距離以超過直接傳輸?shù)臉O限。

研究人員認(rèn)為，將這些實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到相隔很遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，將能夠執(zhí)行高級的量子信息任務(wù)，并為構(gòu)建遠(yuǎn)距離大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。

量子通信——無影無蹤的傳送過程

處于量子糾纏的兩個(gè)粒子，無論分離多遠(yuǎn)，它們之間都存在一種神秘的關(guān)聯(lián)，這種神秘的關(guān)聯(lián)無論如何都無法用經(jīng)典觀念去理解，被愛因斯坦稱為“遙遠(yuǎn)地點(diǎn)間詭異的互動”。

量子信息科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，量子糾纏除了神秘之外，還是一種可以利用的超經(jīng)典力量，它可以成為具有超級計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)和“萬無一失”的量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

量子糾纏

按照常理，信息的傳播需要載體，而量子通信是不需要載體的信息傳遞。

量子隱形傳態(tài)即用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)傳送完成大容量信息的傳輸，是一種脫離實(shí)物的“完全”的信息傳送，能夠?qū)崿F(xiàn)原則上的完全保密。

量子通信即是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是一種無影無蹤的全新通信方式。

基于量子隱形傳態(tài)，人們提出了量子因特網(wǎng)的構(gòu)想。量子因特網(wǎng)是用量子通道來聯(lián)絡(luò)許多量子處理器，它可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)量子信息的傳輸和處理。

相比于經(jīng)典因特網(wǎng)，量子因特網(wǎng)具有安全保密特性，可實(shí)現(xiàn)多端的分布計(jì)算，有效地降低通信復(fù)雜度等一系列優(yōu)點(diǎn)。

作為國際上量子信息實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域開拓者之一，潘建偉是該領(lǐng)域有重要國際影響力的科學(xué)家，近年來取得了一系列有重要意義的研究成果。

2016年8月16日，全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”號在中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。

作為“墨子”號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的首席科學(xué)家，潘建偉領(lǐng)銜的“墨子”號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星科研團(tuán)隊(duì)被授予2018年度克利夫蘭獎，這也是克利夫蘭獎設(shè)立90余年來，中國科學(xué)家在本土完成的科研成果首次獲得這一榮譽(yù)。

潘建偉院士

潘建偉院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成量子通信衛(wèi)星科研項(xiàng)目后，享譽(yù)國內(nèi)外，被認(rèn)為是當(dāng)今世界量子通信領(lǐng)域的頂尖人物。不過，盛譽(yù)之下也引起了一些爭議，不少民間學(xué)者對其成就甚至個(gè)人表達(dá)出質(zhì)疑，網(wǎng)上也有三言兩語的挖苦諷刺。

事實(shí)上，潘建偉的科研成就讓絕大多數(shù)科研學(xué)者都望塵莫及，潘建偉博士期間師從量子實(shí)驗(yàn)研究的世界級大師蔡林格，其27歲時(shí)參與的研究成果入選美國《科學(xué)》雜志“年度全球十大科技進(jìn)展”, 還被《自然》評為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”，31歲任中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，41歲成為中國當(dāng)時(shí)最年輕的中科院院士，45歲獲國家自然科學(xué)一等獎，2017年被評為《自然》雜志年度十大科學(xué)人物……

無論如何，有中國“量子之父”稱號的潘建偉，仍在質(zhì)疑中前行，并讓中國在世界量子通信領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。

論文題目：Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres

論文摘要：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Nature：潘建伟团队实现数十公里远程量子储存器纠缠的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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