第一次：中國實現量子中繼重大突破

　　近日，清華大學交叉信息研究院段路明研究組在量子信息領域取得了重要進展，在實驗中實現了量子直播協議中兩個直播模塊之間的高效糾纏連接，成功展示了量子直播模塊連接效率的規模化提高。

　　這被認為是實現實用的量子中繼器的重要步驟。

　　光子在光纖傳播時的指數級衰減是長程量子通信和大規模量子網絡實現過程中面臨的主要問題，量子中繼協議是解決光纖傳播損失的方案。

　　2001年，段路明與合作者提出了着名的DLCZ(Duan-Lukin-Cirac-Zoller)量子轉播方案，利用原子量子存儲器和單光子信道的結合，克服了光量子信号在光纖中的指數衰減問題，之後繼續成為該領域的研究熱點。

　　經過世界各國研究團隊近20年的努力，DLCZ量子中繼協議的實驗在許多方面取得了長足的發展。

　　但是，作為量子直播協議中的重要步驟，也就是說，如何将小型直播模塊通過量子内存的存儲，與相鄰的直播模塊高效地連接成為更大的直播模塊，擴大量子糾纏在空間中的分布，因為實驗技術方面存在的困難，還沒有實現。

　　第一次:中國實現量子轉播的重大突破。

　　實驗系統的示意圖。

　　在研究過程中，首先，研究人員通過将超低溫、原子氣體監禁在一維光晶格中，通過光學泵浦将原子制備在對磁場變化不敏感的鐘态中，正确控制在原子所在位置的磁場，将冷原子量子轉播的相關時間提高到幾十毫秒

　　其次，結合實時反饋的高速控制系統，将先産生量子糾纏的中繼模塊存儲到相鄰中繼模塊中，也産生量子糾纏時，實現了相鄰兩個量子中繼模塊内部量子糾纏的異步制備，最後通過糾纏交換兩個模塊，實現量子中繼模塊的高效糾纏連接。

　　通過這種方式進行糾纏連接，連接效率線性比單個模塊内部糾纏制備所需的時間，與之前研究中未使用量子存儲的同步制備兩個中繼模塊内部的量子糾纏所需的二次方時間相比，連接效率在規模化上的複雜性發生了變化

　　同時，單個量子直播模塊内部糾結制備概率為0.1%時，可将兩個量子直播模塊糾結連接效率提高353倍。

　　未來量子中繼模塊從兩個擴展到n個時，這種效率的提高對應于量子中繼器直接傳輸量子通信在量子糾纏分發效率方面的指數水平的提高。

　　該實驗研究通過使用量子存儲，實現了不同量子中繼模塊的按需連接，連接效率大幅提高，顯示了量子中繼器對長程量子通信的核心加速能力。