“墨子號”地表量子態傳輸距離實現新突破，中國科學技術大學潘建偉院士團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在遠距離量子態傳輸方面取得重要實驗進展，“墨子號”地表量子態傳輸距離實現新突破。
“墨子號”地表量子態傳輸距離實現新突破1
記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士及其同事彭承志、陳宇翱、印娟等利用“墨子號”量子科學實驗衛星，首次實現了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。相關成果日前在線發表於《物理評論快報》。
2012年，潘建偉團隊在國際上首次實現百公里自由空間量子隱形傳態。10年過去，團隊成功實現突破，刷新了1200公里地表量子態傳輸的新紀錄。
遠距離量子態傳輸通常可以利用量子隱形傳態來實現，是構建量子通信網絡的重要實現途徑之一，也是實現多種量子信息處理任務的必要元素。通過遠距離量子糾纏分發的輔助，量子態可通過測量然後再重構的方式完成遠距離傳輸，傳輸距離在理論上可以是無窮遠。
但在實現中，量子糾纏分發的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素的影響。如何不斷突破傳輸距離的限制，一直是該領域的重要研究目標之一。
利用星載糾纏源向遙遠的兩地先進行糾纏分發，再進行量子態的製備與重構，是實現遠距離量子態傳輸的最可能路徑之一。然而，由於大氣湍流的影響，光子在大氣信道中傳播後，實現基於量子干涉的量子態測量非常困難。
在以往實驗中，量子態傳輸的製備方都是量子糾纏源的擁有者，無法真正意義上由第三方提供糾纏來實現先分發後傳態的量子態傳輸。隨着“墨子號”量子科學實驗衛星的成功發射，潘建偉團隊首先實現了千公里的雙站糾纏分發，“墨子號”平臺爲量子通信實驗提供了寶貴的糾纏分發資源。
爲了解決遠距離湍流大氣傳輸後的量子光干涉難題，實驗團隊利用光學一體化粘接技術實現了具有超高穩定性的光干涉儀，無須主動閉環即可長期穩定。結合基於雙光子路徑-偏振混合糾纏態的量子隱形傳態方案，在雲南麗江站和德令哈地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證，並且在實驗中對六種典型的量子態進行了驗證，傳送保真度均超越了經典極限。
審稿人認爲：“這個實驗比以前實驗更具挑戰性，克服了重大的技術挑戰，對未來量子通信的應用具有重要意義。”
“墨子號”地表量子態傳輸距離實現新突破2
近日，中國科學技術大學潘建偉院士團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在遠距離量子態傳輸方面取得重要實驗進展，實現了1200公里地表量子態傳輸的新紀錄。
前述團隊潘建偉院士及同事彭承志、陳宇翱、印娟等在實驗中首次實現了地球上相距1200公里的兩個地面站之間量子態遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出了重要一步。相關成果在線發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)。
圖片來自《物理評論快報》(Physical Review Letters)
早在2012年，中科大潘建偉團隊在國際上首次實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發，通過地基實驗，證明了實現基於衛星的全球量子通信網絡的可行性。
遠距離量子態傳輸(QST)通常可以利用量子隱形傳態來實現，是構建量子通信網絡的重要實現途徑之一，也是實現多種量子信息處理任務的必要元素。通過遠距離量子糾纏分發的輔助，量子態可通過測量然後再重構的'方式完成遠距離傳輸，傳輸距離在理論上可以達到無窮遠。
星地量子密鑰分發實驗，2017年5月拍攝於烏魯木齊南山，多張照片合成了衛星過境的全貌，背景是恆星的星軌，圖片來自中科院
但在實現中，量子糾纏分發的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素的影響，如何不斷突破傳輸距離的限制，一直是該領域的重要研究目標之一。
利用星載糾纏源，向遙遠的兩地先進行糾纏分發，再進行量子態的製備與重構，是實現遠距離量子態傳輸的最可能路徑之一。然而，由於大氣湍流影響，光子在大氣信道中傳播後，要實現基於量子干涉的量子態測量是非常困難的。
在以往實驗中，量子態傳輸的製備方都是量子糾纏源的擁有者，無法真正意義上由第三方提供糾纏來實現先分發後傳態的量子態傳輸。2016年，隨着“墨子號”量子科學實驗衛星成功發射，研究團隊首先實現了千公里的雙站糾纏分發，“墨子號”平臺爲量子通信實驗提供了寶貴的糾纏分發資源。
墨子號量子通信衛星模型，圖片來自人民視覺
此次，爲了克服遠距離湍流大氣傳輸後的量子光干涉難題，實驗團隊利用光學一體化粘接技術實現了具有超高穩定性的光干涉儀，無需主動閉環即可長期穩定。利用該技術突破，結合基於雙光子路徑-偏振混合糾纏態的量子隱形傳態方案，在雲南麗江站和德令哈地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證。實驗中對六種典型的量子態進行了驗證，傳送保真度均超越了經典極限。
前述研究實現的千公里距離成爲目前地表量子態傳輸的新紀錄，爲未來構建全球化的量子信息處理網絡奠定了重要基礎。審稿人評價，“這個實驗比以前實驗更具挑戰性，克服了重大的技術挑戰，對未來量子通信的應用具有重要意義。”
千公里量子態傳輸，圖片來自中科大
論文共同第一作者爲中科大博士後李波和副研究員曹原。前述研究獲得中科院、國家自然科學基金委、科技部、安徽省、上海市等支持。
“墨子號”地表量子態傳輸距離實現新突破3
從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士及同事彭承志、陳宇翱、印娟等利用“墨子號”量子科學實驗衛星，近期首次實現了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡邁出重要一步。
利用量子隱形傳態實現遠距離量子態傳輸，是構建量子通信網的重要途徑。但在實現過程中，量子糾纏分發的距離和品質會受到信道損耗、消相干等因素影響，如何突破傳輸距離限制，一直是國際量子通信研究的核心問題之一。
中國發射的全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，爲人類探索遠距離量子通信提供了新平臺。但受大氣湍流影響，光子在大氣信道中傳播後，實現基於量子干涉的量子態測量非常困難。
在西藏阿里觀測站，“墨子號”量子科學實驗衛星過境，科研人員在做實驗（2016年12月10日攝，合成照片）。新華社記者 金立旺 攝
近期，潘建偉團隊創新性地將光學一體化粘接技術應用到空間量子通信領域，實現了具有超高穩定性的光干涉儀，無需主動閉環即可長期穩定，克服了遠距離湍流大氣傳輸後的量子光干涉難題。他們結合基於雙光子路徑—偏振混合糾纏態的量子隱形傳態方案，在中國雲南麗江站和青海德令哈地面站之間完成了遠程量子態的傳輸驗證，並且在實驗中對六種典型的量子態進行了驗證，傳送保真度均超越了經典極限。
2012年，潘建偉團隊在國際上首次實現百餘公里自由空間量子隱形傳態。10年後，他們成功實現突破，創造了1200公里地表量子態傳輸的新世界紀錄。
中國“墨子號”量子科學實驗衛星首席科學家潘建偉在中國科學技術大學的辦公室內與“墨子號”量子衛星模型合影（2018年12月13日攝）。新華社記者 張端 攝
日前，國際權威學術期刊《物理評論快報》發表了該成果。審稿人認爲，“這個實驗比以前的實驗更具挑戰性，克服了重大技術挑戰，對未來量子通信應用具有重要意義。”
