交叉信息研究院首次在實驗上演示全量子路由器

2012年09月04日 來源: 新清華 瀏覽次數: 0

       本報訊（記者趙姝婧 程曦）近日，我校交叉信息研究院量子信息中心研究組首次在實驗上演示了全量子路由器，實驗結果在物理學預印本網站（arxiv.org）上公布后受到關注。著名技術雜志《麻省理工技術評論》（MIT Technology Review）以“量子路由器的首次演示”為題詳細報道了這一研究成果，報道副標題為：“中國物理學家揭示一種路由器，采用量子控制信號決定量子數據信號路徑”。
        傳統通信是通過發送數字代碼0或1來發送信息的。如今，物理學家已經能夠利用光子的量子性質來傳遞信息，而且量子通信能夠比傳統通信擁有更加強大的功能，能以0和1的疊加態發送信息。量子信息能夠為我們提供功能強大的量子計算機、無條件安全的密碼體系。
        在未來的量子網絡中，量子信息的傳遞一般來說需要通過光子進行。操控量子網絡中光子路徑的過程稱為路由（routing）。一個路由器包括控制信號和數據信號，路由器通過讀取控制信號的信息來決定數據信號的路徑。在傳統的路由器中，控制信號通常是一個經典的信號（0或1），但是，這樣的路由器無法發揮量子信息全部的功能。
        我校量子信息中心研究組實現了第一個利用量子控制信號來控制量子數據信號的全量子路由器雛形。研究小組首先創造了一個具有水平和垂直偏振疊加態的光子，然后利用非線性過程，將這個單光子轉變成一對低能量的糾纏光子，這對糾纏光子同樣處于偏振疊加態。路由器將其中一個光子的偏振作為控制信號去控制另一個作為數據信號的光子的路徑。
        實驗小組首先驗證了傳統的路由操作并控制光子處在0或者1狀態，之后他們驗證了量子路由器的量子性：將控制光子放在一個量子疊加態上，路由操作使得信號光子的路徑處在疊加態上，并與控制光子的狀態糾纏在一起。
        本次實驗演示是量子通信發展中非常重要的進展，量子路由器是全量子網絡中的重要量子器件。首次演示量子路由器實驗結果之后，我校量子信息中心將致力于“離子量子計算結點”的相關實驗，繼續推動未來大規模的量子網絡實現進程。
        此項研究由姚期智講座教授段路明指導，主要研究人員包括常秀英博士、王躍宣教授，以及交叉信息研究院研究生祖充、劉可。該研究由科技部973導向項目“全量子網絡”資助。