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allbet登陆官网:我国实现50千米的量子存储器胶葛

日期:2020-06-28 浏览:

中国航空报讯:研究团队通过中科大校园与合肥软件园之间的光纤,实现了远间隔的量子胶葛。

近些年来,量子通信因其无与伦比的安全性备受存眷,但在技能层面,远间隔的传输却面对大量挑战。个中之一,即是淘汰光纤中的信号损耗,以晋升传输间隔。在一项颁发于《自然》杂志的研究中,中国科学技能大学潘建伟团队首次让由50千米光纤相连的两个量子存储器实现胶葛,不只大幅刷新了此前的记载,也为构建基于量子中继的量子互联网奠基了重要基本。

按照量子力学理论,两个处于胶葛态的粒子无论相距多远,都可以保持一种“鬼魂般的超距浸染”——两个粒子的状态密切相关,只要测定个中一个粒子,就能获知另一个粒子在而今的状态。这样的性质在通信规模有着诱人的应用场景——作为最安全的通信手段,一旦有黑客试图对粒子举办丈量,量子态就会不能制止地改变。尽量量子胶葛理论上不存在间隔限制,但在实际技能层面,

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,实现远间隔的传输却面对浩瀚挑战。

量子中继器

2017年,潘建伟团队曾操作“墨子号”量子通信卫星,在相距1200千米的青海德令哈基站和云南丽江高美古基站之间,实现胶葛态光子的传输,创下量子胶葛传输间隔的记载。不外,通过卫星举办的胶葛态光子传输损耗很大: 墨子号每秒发射的600万对胶葛态光子中,只有一对可以被地面基站吸收到。并且,卫星传输更合用于大标准的包围, 而都市间的量子通信,则需要基于地面的量子通信网络。

在此之前,包罗潘建伟团队在内的研究团队已经通过光纤构建出城域量子通信网络,但由于光纤中的损耗不能制止,这样直接点对点的量子通信方法,间隔受到限制。因此,科学家逐渐意识到, 要实现更远间隔的量子通信,就必需在途中成立“驿站”。

这样的“驿站”,就是量子中继器。量子中继器的焦点思想,是将远间隔点对点传输转换为分段传输。在两个节点别离发生原子与光子的胶葛后,光子通过光纤别离传输至中间节点,也就是量子中继器中。这时,在量子中继器中对两头的光子举办过问干与,再举办分发,就实现了两个相距甚远的节点的量子胶葛。因此,这种思路有望大幅拓展安全通信间隔。

“卫星传输更合用于广域大标准包围,以及无法铺设光纤的场所。”最新论文的第一作者包小辉传授先容道,“而基于量子存储的量子中继主要合用于光纤地面网络,用来实现城域及城际包围。”

然而,实现这一想法的难度颇高。此前,最远的光纤量子中继仅有1.3千米。这是2015年时,荷兰代尔夫特理工大学的研究人员取得的打破性希望。他们在校园内相距1.3千米的处所,首次验证了实现远间隔量子胶葛的可行性。对付这项研究,1.3千米的光纤传输已是极限;但对付量子通信来说,还远远不足。

低落光子损耗

限制胶葛光子传输间隔的一个重要因素,就是光子在光纤中的严重损耗。假如颠末50千米的光纤传输,信号将衰减至最初的十亿亿分之一。这样的损耗水平,显然是量子通信无法接管的。

为了淘汰光子在光纤中的损耗,在这项最新研究中,潘建伟团队回收了一系列巧妙的手段。譬喻,存储器的光波原本在795纳米的近红外光,而研究团队将光波长转换成1342纳米的通信波段,大幅低落了光纤中的光子损耗水平。这时,在50千米的光纤中,相较于波长转换之前,衰减水平淘汰了足足16个数量级。另外,研究者利用了一种环形腔加强技能来制备胶葛原子和光子,从而将量子光源的亮度提高了一个数量级,大幅晋升传输效率。

在中科大的尝试室中,研究团队开始了这项尝试。他们在尝试室内配置了两个量子存储器,每个存储器中含有铷原子团。操作这项装置,别离在两个存储器中成立起光子与原子团的胶葛。用激光照向铷原子团后,发生的光子与原子团形成胶葛。随后,光子别离沿着两条光纤传输,并在11千米外的合肥软件园中的中继器里会集,举办过问干与丈量。这时,借助这其中间环节,就实现了两个存储器中铷原子团的量子胶葛。

50千米的胶葛

研究团队首先操作双光子过问干与,实现了22千米的胶葛光子传输。这一功效已经大幅刷新了此前的记载。在此基本上,研究团队更近一步,操作难度更高的单光子过问干与举办量子胶葛传输。相较于双光子方案,“单光子方案的尝试难度更高一些,因为它要求光子相位同步。”包小辉暗示,“但由于只需要探测单个光子,因此单光子过问干与的胶葛速率更高,理论上答允的通信间隔更远。”