▍本文由論文作者團隊（課題組）投稿

近日，電子科技大學郭光燦院士團隊周強研究組與中國科學院上海微系統與信息技術研究所尤立星團隊合作，在電子科技大學“銀杏一號”城域量子互聯網方面取得重大進展（見圖1）。研究團隊合作研制出高重頻量子光源、自動化光子全同測控裝置、高性能超導納米線單光子探測器，突破了量子信息載源、量子信道建立、量子信息檢測等技術難題，首次完成“赫茲速率”的城域量子隱形傳態。該研究成果對發展基于量子糾纏的新一代信息技術具有重要作用。

圖1：“銀杏一號”城域量子互聯網建設場地鳥瞰圖和設計概念圖

該文章發表在Light: Science & Applications，題為“Hertz-rate metropolitan quantum teleportation”。該工作得到了國家重點研發計劃、四川省重點研發計劃、國家自然科學基金委以及合肥國家實驗室的大力支持。電子科技大學博士研究生沈思為本文的第一作者，周強教授為本文的通訊作者。

量子信息技術借助量子物理資源，可以為人們提供超越經典物理的信息獲取、傳輸和處理技術，其最終的發展目標是建立量子互聯網，或量子網絡。實現量子互聯網的關鍵任務之一便是在不同量子節點間完成量子信息的傳遞。借助于量子糾纏資源，在量子投影測量和經典通信的輔助下，量子隱形傳態可將未知量子信息進行“離物傳遞”。自20世紀90年代量子隱形傳態協議被提出以來，研究人員在不同物理體系中開展了大量的理論和實驗研究。

其中，基于量子光學方案的量子隱形傳態為量子互聯網構建提供了一種重要的方案，包括連續變量（CV）與離散變量（DV）兩個量子物理體系。面向全球范圍的量子互聯網構建，DV體系的量子隱形傳態有望將量子信息傳遞距離延伸到數千公里。目前，基于DV體系，科學家們已經在不同光子自由度上完成了從室內到外場的量子隱形傳態。比如基于“墨子號”衛星，上千公里的量子隱形傳態已經得到實驗驗證。在這些令人矚目的工作基礎上，本文首次報道了傳態速率達到赫茲量級的高速城域量子隱形傳態，為推進量子互聯網的持續發展，具有至關重要的作用。

本論文工作建成的“銀杏一號”城域量子互聯網，使用誘騙態時間片量子比特對待傳遞的量子信息進行編碼，在突破如下關鍵技術的基礎上，首次將城域量子隱形傳態的速率提升至赫茲量級。

（1）高重頻量子糾纏光源：研究團隊研制出具有自主知識產權的量子糾纏光源，使用單個尾纖耦合周期極化鈮酸鋰波導模塊，實現了500 MHz重頻觸發的高質量量子糾纏光源。

（2）自動化光子全同測控裝置：為了保障量子隱形傳態的成功，提高貝爾態投影測量效率，需確保來自Alice和Bob的光子在長距離光纖傳輸后保持全同。研究團隊自主研發出自動化光子全同測控裝置，通過對量子信道中的光子偏振及時延信息進行實時感知，實現了快速響應的光纖信道光子全同穩定測控技術。

（3）高性能超導納米線單光子探測器：中國科學院上海微系統與信息技術研究所尤立星團隊為實驗系統提供了高探測效率、低暗計數、低時間抖動的高性能超導納米線單光子探測器，用于高效率貝爾態投影測量和光量子態檢測過程。

進一步地，研究團隊分別使用量子態層析及誘騙態方法（見圖2）獲得隱形傳態的保真度均大于經典極限（66.7%），并通過三重符合測量得到量子態傳遞速率，證實了高速城域量子隱形傳態得以實驗實現。

圖2：典型量子態傳遞保真度結果

通過建設“銀杏一號”城域量子互聯網，研究團隊實現了傳態速率達到赫茲量級的高速城域量子隱形傳態。結合集成量子光源、量子存儲中繼、量子信息節點等核心器件，未來有望研制出“高速率、高保真、多用戶、長距離”的量子互聯網設施，進一步推進量子互聯網邁向實際應用。

| 論文信息 |

Shen, S., Yuan, C., Zhang, Z. et al. Hertz-rate metropolitan quantum teleportation. Light Sci Appl 12, 115 (2023). 

https://doi.org/10.1038/s41377-023-01158-7

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