苑震生等：远距离量子通信迈出重要一步——量子中继器的实验实现

（节选）

量子通信具有高效率和绝对安全等特点，被认为是未来信息科学的重要发展方向。尽管绝对安全的量子通信已经在实验室中被多次验证，但其实用化方向却碰到了瓶颈：如何实现远距离的量子通信？我国科学家近来在突破这一瓶颈时取得了重要进展。中国科学技术大学的苑震生等以“远距离量子通信迈出重要一步——量子中继器的实验实现”为题，在《2009科学发展报告》上撰文对这一重大成果作了简要介绍。

文章首先扼要回顾了远距离量子通信的研究现状。虽然量子纠缠交换和量子纠缠纯化分别在1998年和2003年得以实验实现，但量子存储的实现却一直存在很大困难。科学家为此做了大量工作。段路明等曾于2001年提出了基于原子系综的另一类量子中继器方案，该方案易于实验实现，得到了学术界的广泛重视。受该方案启发，中国科技大学潘建伟研究组在理论上和实验上对基于原子系综的存储及实现量子中继器的可能性进行了研究。2007年，他们提出了具有存储功能并且对信道长度抖动不敏感、误码率低的高效率量子中继器的理论方案，在实验上则实现了该方案中的基本节点即光子-原子系综的纠缠，并利用该纠缠源首次实现了光量子比特态到原子量子比特的内嵌存储的隐形传态。该项成果以封面标题的形式发表在2008年2月1日出版的《自然•物理》上。

文章随后简述了量子中继器的实验实现。潘建伟研究组在前述理论模型和实验技术的基础上进一步在国际上首次实现了量子中继器，迈出了通向实用化远距离量子通信的重要一步。实验分为以下几个步骤：

1.实现单光子和原子气体的量子纠缠。在实验中，研究人员用磁光阱囚禁得到的原子系综的集体激发作为量子中继器，并产生了单光子和原子系综的量子纠缠

2.实现遥远两地原子系综的量子纠缠。研究人员先通过步骤（1）使位于A、B两地的两团冷原子气体各自与它们发出的单光子产生纠缠，同时把这两个发出的单光子导入光纤送往中间的一个极化分束器进行联合贝尔纠缠。根据联合贝尔测量的结果，相距遥远的原子系综A和B就被制备到了相应的量子纠缠态上，该量子纠缠态也被存储到了原子的激发态上。

3.存储、读出和验证原子系综的纠缠态。在需要的时候，存储在A、B两地原子系综中的纠缠态可以被重新读出转化为光子纠缠态，进行下一步的量子信息处理，或用作建立更远距离的量子纠缠的节点。

2008年8月28日，《自然》杂志以《量子中继器实验实现》为题发表了潘建伟研究组的相关研究论文。欧洲物理学会对该成果进行了专题报道，并将该工作评为“2008年度物理学重大进展”之一。（摘自中国科学院“科学发展报告”课题组撰写的《2009科学发展报告》）