量子隱形傳態在城市光纖網絡中實現

中國科學技術大學潘建偉、張強等與相關單位合作，在合肥量子城域通信試驗網上首次實現了預先糾纏分發的獨立量子源之間的量子態隱形傳輸，為未來可擴展量子網絡的構建奠定了堅實基礎。相關結果9月19日在線發表在英國《自然?光子學》上。

量子隱形傳態是一種傳遞量子狀態的重要通信方式，是可擴展量子網絡和分布式量子計算的基礎。通俗地講，量子隱形傳態就是將甲地的某一粒子的量子信息在乙地的另一粒子上還原出來，被傳輸的物體就像是進行了一場“星際穿越”。其原理是：遙遠兩地的通信雙方首先分享一對糾纏粒子，其中一方將待傳輸量子態的粒子（一般與糾纏粒子無關聯）和自己手里的糾纏粒子進行糾纏態分辨，然后將分辨的結果告知對方，對方根據得到的信息進行相應的量子變換操作。糾纏態預先分發、獨立量子源干涉和前置反饋是量子隱形傳態的三個要素。在此之前，國際上還沒有任何一個量子隱形傳態實驗同時滿足上述所有要求。

潘建偉小組首先與清華大學合作開發了適合光纖網絡傳輸的時間相位糾纏光子源，然后通過發展皮秒級的遠程光同步技術和使用光纖布拉格光柵進行窄帶濾波，成功地解決了兩個獨立光子源之間的同步和干涉問題；接著開發了針對遠距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實驗系統的穩定性等問題的主動反饋系統；最后利用中科院上海微系統所開發的超導納米線單光子探測器，在合肥量子城域通信網絡的30公里光纖上實現了滿足上述三要素的量子隱形傳態實驗。

張強介紹說，現有的量子保密通信主要是通過量子密鑰對經典信息進行加密傳輸，但隨著技術的發展，最終的量子保密通信將會實現量子信息的傳輸，通過光纖網絡進行量子隱形傳態有望大大提高互聯網連接的安全性和強度。另外，如果有一天量子計算機問世，要進行復雜的量子信息處理，就需要在城域網中用量子隱形傳態來傳輸量子信息。

該實驗得到審稿人的高度評價，稱其“提供了一個符合未來量子通信網絡應用的藍圖”，“由于量子隱形傳態在眾多量子通信方案中扮演的重要角色，這樣的首次實驗驗證將是量子技術發展過程中的重要里程碑。”《自然?光子學》雜志專門邀請國際量子信息學者弗里德里希?格羅斯漢斯在同期的“新聞視角”欄目撰文，稱該工作“顯示了在城域尺度上開展量子隱形傳態在技術上具有可行性，毋庸置疑，今后許多有趣的量子信息實驗將在此基礎上展開。”