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記者2月6日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事汪野、萬雍、張強(qiáng)等與合作者合作，在國際上首次構(gòu)建出可擴(kuò)展量子中繼的基本模塊，并實現(xiàn)了單原子節(jié)點間的遠(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)（DI-QKD）的傳輸距離突破百公里，極大推進(jìn)了該技術(shù)的實用化進(jìn)程。兩項成果分別于北京時間2月3日和6日發(fā)表于國際期刊《自然》和《科學(xué)》。

光纖的固有損耗導(dǎo)致量子糾纏的傳輸效率隨距離成指數(shù)衰減，量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案。但是，近30年來始終未能解決的一項重大技術(shù)難題是：糾纏的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于產(chǎn)生糾纏所需的時間，以至于在糾纏的存活時間內(nèi)，與之相鄰的糾纏難以確定性產(chǎn)生，因而無法實現(xiàn)糾纏的有效連接，嚴(yán)重制約了量子中繼的可擴(kuò)展性。

針對這一核心難題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊通過發(fā)展長壽命囚禁離子量子存儲器、高效率離子—光子通信接口及高保真度單光子糾纏協(xié)議，在國際上首次實現(xiàn)長壽命量子糾纏，糾纏壽命（550毫秒）顯著超過糾纏建立所需的時間（450毫秒），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)實可能。

以往的量子保密通信方案需要對器件參數(shù)進(jìn)行精確標(biāo)定以保障現(xiàn)實安全性。而基于糾纏的“器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）”方案則突破了這一限制，即使量子器件完全不可信，也能夠保障密鑰的安全，將大幅提升量子密鑰分發(fā)的實用性和抗攻擊能力，被譽(yù)為“密碼學(xué)者千年來所追尋的‘圣杯’”。然而，DI-QKD的實驗實現(xiàn)面臨極為嚴(yán)苛的技術(shù)門檻，國際上此前相關(guān)實驗演示大多局限于數(shù)米至數(shù)百米短距離范圍。

基于可擴(kuò)展量子中繼技術(shù)，研究團(tuán)隊進(jìn)一步成功實現(xiàn)了兩個銣原子間的遠(yuǎn)距離高保真糾纏。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊首次將設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)的距離突破百公里，較國際此前最好實驗水平提升兩個數(shù)量級以上。

潘建偉院士表示，上述突破是我國繼“墨子號”量子衛(wèi)星之后又一里程碑式成果，標(biāo)志著基于量子糾纏的光纖量子網(wǎng)絡(luò)正在從理論構(gòu)想走向現(xiàn)實可能，進(jìn)一步擴(kuò)大了我國在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)先優(yōu)勢。

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）