相距50 km光纤存储器间的量子纠缠获得成功

济南量子技术研究院量子探测与波导器件实验室张强教授、谢秀平高工、郑名扬副研究员基于自主研发的周期极化铌酸锂波导，助力中国科技大学潘建伟院士团队成功将相距50 km光纤的两个量子存储器纠缠起来，并演示了经由22 km外场光纤的双节点纠缠。该成果将实用化的量子中继器向前推进了一大步，为构建基于量子中继的量子网络奠定了坚实基础。相关论文近日发表在国际权威学术期刊《自然》上。

构建全球化量子网络并在此基础上实现量子通信是量子信息研究的终极目标之一。目前最远的点对点地面安全通信距离仅为百公里量级，通过发展量子中继技术，有望进一步大幅拓展安全通信距离。

然而，受限于光与原子纠缠亮度低、原子存储器波长与通信光纤不匹配和远程单光子干涉等技术瓶颈，此前最远光纤量子中继仅为公里量级。针对上述技术难题，研究团队首先采用环形腔增强技术提升单光子与原子系综间耦合，并优化光路传输效率，将此前的光与原子纠缠的亮度提高了一个数量级；其次，原子存储器对应的光波长在光纤中的损耗约为3.5 dB/km，在50 km光纤中，光信号将衰减至十亿亿分之一，使得量子通信无法实现。张强教授团队自主研发的周期极化铌酸锂波导，通过非线性差频过程，将存储器的光波长由近红外转换至通信波段，经过50 km的光纤仅衰减至百分之一以上，效率相比之前提升了16个数量级；最后为实现远程单光子干涉，研究团队设计并实施了双重相位锁定方案，成功地把经过50 km光纤传输后引起的光程差控制在50 nm左右。