【今日综合报道】构建连接全球的量子互联网,其核心挑战之一是如何让脆弱的量子纠缠状态在长距离传输中稳定存续。今天,从中国合肥和美国波士顿几乎同时传来的捷报,将这一科幻般的愿景大幅拉近现实。中国科学技术大学潘建伟、包小辉团队与国际同行,以及美国麻省理工学院(MIT)的物理学家们,分别在国际权威期刊上报告了他们的最新突破:成功实现超过50公里光纤距离的量子纠缠,并将纠缠态在固态量子存储器中保持超过1小时,创下新的世界纪录。
量子纠缠是量子力学中最奇特的现象,相互纠缠的粒子无论相隔多远都能保持一种“心灵感应”般的关联。但要利用这种特性构建量子网络,必须解决两大难题:一是让纠缠光子通过光纤或卫星进行远距离分发,二是找到方法将这种关联状态“存储”下来,以便进行后续的中继和操作。此前,量子存储的时间多在分钟量级,且长距离分发后的存储效率极低。
此次,中国科大的团队创新性地采用了基于稀土掺杂晶体的量子存储方案,并通过一系列极其精巧的激光操控技术,极大地抑制了晶体内部环境对量子态的干扰,最终在相距50.2公里的两个实验室节点间,实现了纠缠光子对的发射、捕获和存储,存储寿命达到1.2小时。无独有偶,MIT团队利用类似但略有不同的原子系综体系,也实现了在51公里光纤链路末端的量子存储,保真度足以满足未来量子中继的要求。
“这好比在两地之间建立了一个共享的、且能持久维持的‘量子秘密’,”MIT实验负责人解释道,“长时间存储意味着我们可以在一天中的任何时间,根据需要来读取和使用这个纠缠态,而无需担心它在传输过程中就消失掉。” 这一突破被普遍认为是发展实用化量子中继器的关键一步。量子中继器可以像传统网络中的放大器一样,分段传输并“净化”量子信号,从而克服光子在长距离光纤中传输的指数级损耗问题。
专家指出,这两项相互印证的研究,标志着全球量子通信研究已从“链路传输”阶段迈向“网络化存储”的新阶段,为最终实现覆盖城市、国家乃至全球的量子互联网迈出了决定性的一步。未来,这种绝对安全的量子网络将不仅用于加密通信,更可连接分布式的量子计算机,形成前所未有的超级计算能力。