​과학 진전：중국과학기술대학교양자역학 연구성과 “NATURE”에 등극

최근，중국과학기술대학교 궈광찬 원사팀은 양자저장과 양자중계 분야에서 중대한 진전을 이룩하였습니다. 과학연구팀은 고체 양자 메모리와 외장형 얽힘 광원을 이용하여 두 흡수형 양자 메모리 사이의 예측 가능한 양자 얽힘을 처음으로 구현하여 다중 모드 양자중계를 시연함으로써 고속도와 대규모의 양자 네트워크 구축에 새로운 실현방안을 제공하였다. 그 결과는 6월2일 국제 학술지 “네이처”에 발표되었다.

광섬유 전송에서 단일 광자의 기하급수적인 손실 문제로 인해 양자 상태의 광섬유 전송 거리는 100킬로미터로 제한되였다. 양자 네트워크를 구축하기 위해서는 양자 중계 방안이 필요하다. 그 기본 아이디어는 장거리 얽힘 전송의 임무를 다중 단거리의 기본 링크로 분해하고, 기본 링크에서 양자 메모리 사이의 예측 가능한 얽힘을 설정한 다음, 얽힘 스위칭 기술을 이용하여 양자 얽힘을 목표 거리까지 확장하는것이다.

여러 난관을 극복한 후, 과학 연구팀이 성공적으로 흡수형 양자 메모리를 사용하여 양자 중계의 기본 링크를 시연했다. 기본 링크는 두 개의 분리된 양자 노드와 중간 사이트 벨 상태 측정 장치로 구성된다.

각 양자 노드에는 견우와 직녀 양자 메모리 외에 각각 하나의 얽힌 광자 쌍이 있다. 실험에서 각각의 얽힌 광자 쌍의 한 광자는 양자 메모리에 포획되어 저장되고, 각각의 얽힌 광자 쌍의 다른 광자는 광섬유를 통해 중간 사이트 “오작교”로 동시에 전송되어“벨”상태를 측정하고, 측정하는 과정은 얽힘의 설정 과정이다.

한번의 성공적인 벨 상태 점검은 성공적인 얽힘 교환 작업을 수행하여, 두 개의 공간이 3.5미터 떨어져있는 고체 양자 메모리 사이에 양자 얽힘을 형성하게 한다. 비록 두 메모리가 직접적인 상호작용을 일으키지 않다.양자 중계 기본 링크의 시연 실험에서 4개의 시간 모드을 재사용함으로써 얽힘 분포 속도를 4배 높아시켰고, 실제 측정한 얽힘 충실도는 80.4%에 이르렀다. 이 작업은 흡수형 양자 스토리지에 기반한 양자 중계 구축의 실현 가능성을 확인하였으며, 양자 중계에서의 다중 모드 재사용의 가속 작용을 처음으로 보여주었다.

소개에 따르면, 이 성과는 양자중계의 발전연구에 실행 가능한 방향을 개척하였고, 실용화를 위한 고속 양자 네트워크 구축의 기초를 닦았다.