中国量子通信再突破！密钥分发耗时从分钟缩到毫秒

冶天

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量子存储

原标题：中国量子通信再突破 密钥分发耗时从分钟缩短到毫秒

近日，《合肥日报》从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组，成功实现确定性单光子的多模式固态量子存储。该成果在国际上首次实现量子点与固态量子存储器两种不同固态系统之间的对接，并实现了100个时间模式的多模式量子存储，模式数创造世界最高水平，为量子中继和全固态量子网络的实现打下了坚实的基础。

量子网络被认为可能是替代现有互联网的新一代信息网络，其核心技术是量子纠缠分发。但由于不可避免的传输损耗，目前在信道中直接进行纠缠分发只能达到百公里量级，要实现更远程的分发需要基于量子存储的量子中继技术。

目前已经实验验证的量子存储或量子中继方案都是基于概率性光源的存储，因为一般光源的发光介质是由大量的原子构成，具体由哪些原子发光是不确定的，光子产生几率一般低于1%，且每次发射不能保证只有一个光子，因此这类方案的长程纠缠分发时间预计将在分钟量级以上。

在国家科研项目支持下，李传锋研究组利用自组织量子点(一种人造的固态原子体系)产生确定性单光子源，然后通过光纤传输到5米外的另一个光学平台上的固态量子存储器中。他们利用局部光学加热方法调节单光子的波长，与固态量子存储器的操作波长相匹配，然后把单光子存储到研究组自主研发的固态量子存储器中，并测得单光子偏振态的存储保真度为91.3%。

之后，他们进一步实验实现确定性单光子的100个时间模式的多模式量子存储，即一次可以存储100个脉冲、每个脉冲中有一个单光子，模式数创造了世界最高水平。

李传锋介绍说，该成果实验演示了加速纠缠分发的两个最重要的要素，即确定性量子光源和多模式量子存储。前者可以指数加速纠缠分发，后者可以线性加速，两者结合在一起预计可以使长程纠缠分发的时间缩短到毫秒量级。该成果还首次实现了两个固态量子节点，即量子点和固态量子存储器的对接，向实现全固态量子网络迈出了重要的一步。

10月15日，国际著名学术期刊《自然·通讯》发表了该成果，审稿人给予其高度评价，认为朝着量子中继的正确方向迈出了重要一步。李传锋介绍，该成果实验演示了加速纠缠分发的两个最重要的要素，即确定性量子光源和多模式量子存储。前者可以指数加速纠缠分发，后者可以线性加速，两者结合在一起预计可以使远程纠缠分发的时间缩短到毫秒量级。