科技日报记者 吴长锋
记者2月6日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟及其同事汪野、万雍、张强等与合作者合作，在国际上首次构建出可扩展量子中继的基本模块，并实现了单原子节点间的远距离高保真纠缠，在此基础上首次将器件无关量子密钥分发（DI-QKD）的传输距离突破百公里，极大推进了该技术的实用化进程。两项成果分别于北京时间2月3日和6日发表于国际期刊《自然》和《科学》。
光纤的固有损耗导致量子纠缠的传输效率随距离成指数衰减，量子中继方案是解决光纤传输损耗的有效方案。但是，近30年来始终未能解决的一项重大技术难题是：纠缠的寿命远远短于产生纠缠所需的时间，以至于在纠缠的存活时间内，与之相邻的纠缠难以确定性产生，因而无法实现纠缠的有效连接，严重制约了量子中继的可扩展性。
针对这一核心难题，中国科学技术大学研究团队通过发展长寿命囚禁离子量子存储器、高效率离子—光子通信接口及高保真度单光子纠缠协议，在国际上首次实现长寿命量子纠缠，纠缠寿命（550毫秒）显著超过纠缠建立所需的时间（450毫秒），从而成功构建了可扩展量子中继的基本模块，使得远距离量子网络成为现实可能。
以往的量子保密通信方案需要对器件参数进行精确标定以保障现实安全性。而基于纠缠的“器件无关量子密钥分发（DI-QKD）”方案则突破了这一限制，即使量子器件完全不可信，也能够保障密钥的安全，将大幅提升量子密钥分发的实用性和抗攻击能力，被誉为“密码学者千年来所追寻的‘圣杯’”。然而，DI-QKD的实验实现面临极为严苛的技术门槛，国际上此前相关实验演示大多局限于数米至数百米短距离范围。
基于可扩展量子中继技术，研究团队进一步成功实现了两个铷原子间的远距离高保真纠缠。在此基础上，研究团队首次将设备无关量子密钥分发的距离突破百公里，较国际此前最好实验水平提升两个数量级以上。
潘建伟院士表示，上述突破是我国继“墨子号”量子卫星之后又一里程碑式成果，标志着基于量子纠缠的光纤量子网络正在从理论构想走向现实可能，进一步扩大了我国在该领域的国际领先优势。
（中国科学技术大学供图）
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