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量子中继器研究进展

时间:2018-07-04 14:36来源:中国科普博览 作者:未知
  量子中继器的核心在于量子存储,一直以来都是重大的挑战。没有量子存储器,实现量子通信的成本将随通道长度指数增加。...
  量子中继器的核心在于量子存储,一直以来都是重大的挑战。没有量子存储器,实现量子通信的成本将随通道长度指数增加。
  2001年,结合线性光学和原子系统,段路明等提出实现量子中继器实现方案(DLCZ方案),但是该方案难以在现实通信环境中实现。为了克服相关的缺陷,2006年,潘建伟小组提出了一种容错的量子中继器方案(哈佛大学的Lukin小组也独立地提出了类似的理论方案),给出了一个原始的量子中继器物理实现方法。基于这些方案,国际上有多个实验小组先后开展了原子系综相关的实验研究,如哈佛大学的Lukin小组、CIT的Kimble小组、乔治亚理工学院的Kuzmich小组、中国科学技术大学和德国海德堡大学的潘建伟联合小组。这方面的研究已取得了一系列激动人心的进展,包括实现了可控的单光子源、单光子的读出和异地存储、光子-原子系统纠缠等。2008年,潘建伟小组取得了突破性进展,通过纠缠交换实现了由300米光纤相连的两团冷原子气体的量子纠缠,完美地构建了量子中继器的一个基本节点,向远距离量子通信迈出了重要的一步。2009年,该研究组又将量子存储的时间提高到毫秒量级,这是目前国际上时间最长的量子存储,较之前最好的结果提高了两个量级。2010年,Kuzmich小组实现存储寿命达到100毫秒,此为目前最长的读存储寿命,但读出效率很低,只有20%。2012年,潘建伟小组通过一系列技术难题的攻克,成功实现了3.2毫秒的长存储寿命及高达73%的读出效率,该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果。
  量子中继器向实用化发展还需要在保持高度出效率时,进一步提高存储寿命一到两个数量级,同时还需要大幅度提高系统的集成化程度。


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(责任编辑:张雪)

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