
5月18日,IT之家报道,电子科技大学郭光灿教授领衔的周强研究团队,联合天府绛溪实验室及其他合作伙伴,在国际上率先提出了量子态复用组网的量子纠缠连接方案。这一方案成功突破了限制量子互联网规模扩张的瓶颈,为量子互联网的广泛应用开辟了新的道路。
电子科技大学、天府绛溪实验室、合肥国家实验室、西南技术物理研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所以及中国科学技术大学的研究人员共同组成的研究集体,于5月12日在国际顶尖学术期刊《Light:Science&Applications》上发表了题为“基于态复用量子光源构建的量子纠缠网络”的研究论文。
该研究成果对量子纠缠组网技术进行了深入分析和革新,成功实现了在不扩大波长通道数量的前提下,将网络用户的容量增加了近三倍。
量子互联网的构建离不开量子纠缠资源的支撑,这一资源对于实现端到端量子安全通信、超经典网络化量子传感以及高性能分布式量子计算等前沿应用至关重要。目前,多用户全连接的量子互联网主要依赖波分组网技术,通过增设波长通道数量来扩展用户容量,例如,一个包含10个用户的网络需要90个波长通道,而一个拥有100个用户的网络则需要990个波长通道。
显而易见,量子互联网规模化发展面临的一大瓶颈,便是多项式增长波长的通道资源需求。为了突破这一限制,现有方案中,研究人员采取了降低连接速度、缩短连接时间等措施,成功展示了如何实现更大规模的扩展。
这些方法显然无法从根本上解决量子互联网所面临的困境。在有限的频谱资源条件下,如何构建起大规模的全连接量子互联网,以及如何打破量子互联网规模化发展的束缚,这些问题构成了量子通信技术领域的核心挑战。
基于现有研究工作,该研究团队另辟蹊径,在国际上首次提出了量子态复用组网的量子纠缠互联新策略。为了体现该方案的领先性,团队首先提出了自主的多色泵浦量子纠缠生成方法,利用氮化硅微环器件,在自主的双色泵浦激励下,成功地在单一波长通道中制备出了3个量子纠缠态,从而实现了量子态复用量子纠缠光源的创制。
依托自主研发的量子光源,研究团队在“银杏一号”城域量子互联研究平台之上,成功验证了量子态复用量子纠缠互联组网的原理,通过6个波长通道,在4个用户之间实现了全面连接的量子互联,这一成果相比之前的方案,节省了近乎一半的波长通道资源。用户数量持续攀升,所节约的波长通道比例将逼近六成七,实现了泵浦波长的增加与连接通道的减少,从而展现出“以多求少”的奇特效应。
此外,研究团队还揭示了这种全连接量子互联技术在量子纠缠密钥生成上的显著优势。具体来说,由于波长通道数量的减少,波分组网的硬件成本得到了简化,系统的光学损耗也随之降低,从而显著提高了量子安全密钥的生成速率。
周强指出,该方案即量子态复用纠缠互联技术,为构建大规模量子纠缠互联网络开辟了新的路径,同时也为提升量子纠缠互联的整体性能提供了可能。此外,他还强调了发展量子互联技术与传统光通信在光纤中融合的必要性,并提出了推进量子纠缠互联技术在实际应用中的示范项目,这些都是未来工作的重点方向。
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