包含兩種量子節(jié)點(diǎn)的混合型量子通信網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖片來源：西班牙光子科學(xué)研究所

《自然》雜志在線版22日刊登了量子通訊研究的一項(xiàng)里程碑式成果：西班牙光子科學(xué)研究所(ICFO)科學(xué)家用兩種完全不同的量子節(jié)點(diǎn)，建立了一種混合型量子通信網(wǎng)絡(luò)，并在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間成功實(shí)現(xiàn)了光量子通信。新研究首次證明，不同量子節(jié)點(diǎn)組成的混合型量子網(wǎng)絡(luò)，能像相同量子節(jié)點(diǎn)間一樣進(jìn)行可靠的量子信息傳送。

最近幾年，量子信息網(wǎng)絡(luò)逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，代表了一種完全不同于以往的信息處理和交流方式。在傳統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)中，信息用“0”和“1”編輯，處理信息的節(jié)點(diǎn)是電路和芯片，信息載體是光脈沖。而量子信息網(wǎng)絡(luò)用粒子糾纏形成的量子位來處理和儲(chǔ)存量子信息，其節(jié)點(diǎn)通常由冷原子氣體或摻雜性固體等不同物質(zhì)系統(tǒng)組成，節(jié)點(diǎn)間信息傳遞的載體是單光子。

在多年的研究中，科學(xué)家們對(duì)單光子載體的完美表現(xiàn)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，但量子節(jié)點(diǎn)到底使用哪種物質(zhì)才能讓系統(tǒng)性能更佳，仍無法確定。于是有人提出，集兩者之所長，用不同節(jié)點(diǎn)組建一種混合型量子網(wǎng)絡(luò)。但作為信息載體的單光子需要不斷變換其波長和帶寬，才能與不同節(jié)點(diǎn)完美對(duì)接信息，這種必要條件成為混合型量子網(wǎng)絡(luò)研發(fā)中的重大挑戰(zhàn)。

ICFO物理學(xué)家休斯·瑞德曼特帶領(lǐng)同事克服了這一挑戰(zhàn)。在他們創(chuàng)建的混合型量子網(wǎng)絡(luò)中，激光制冷銣原子云作為發(fā)出信息的量子節(jié)點(diǎn)，摻雜鐠離子的晶體作為接收信息的量子節(jié)點(diǎn)，單光子能隨時(shí)轉(zhuǎn)換波長，其在傳遞信息中的波長甚至能轉(zhuǎn)換成與現(xiàn)有C波段通信系統(tǒng)兼容的1552納米。研究團(tuán)隊(duì)還在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室間對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果單光子載體在2.5微秒內(nèi)成功將1個(gè)量子位的信息從銣原子云節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)量子節(jié)點(diǎn)。

瑞德曼特表示，新研究是混合型量子網(wǎng)絡(luò)里程碑式的突破，其還能與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，距離未來應(yīng)用已為時(shí)不遠(yuǎn)。