国际首次，我国推出量子纠缠互联新方案

IT之家 5 月 18 日消息，电子科技大学郭光灿团队周强课题组与天府绛溪实验室等合作单位，在国际上首次提出量子态复用组网的量子纠缠互联方案，打破了制约量子互联网规模化发展的“天花板”，为大规模量子互联网的发展带来了新机遇。

由电子科技大学、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、中国科学技术大学组成的研究团队，5 月 12 日在国际顶级期刊《Light:Science&Applications》上发表题为“Quantum entanglement network enabled by a state-multiplexing quantum light source”（由态复用量子光源实现量子纠缠网络）的研究论文。

该项研究成果对量子纠缠组网方案进行了新的审视和创新，在不增加波长通道数的情况下，网络用户数量可提升近 3 倍。

量子纠缠资源是构建量子互联网的基石，能够为端到端量子安全通信、超经典网络化量子传感、高性能分布式量子计算等颠覆应用提供重要支撑。现有多用户全连接量子互联网依赖波分组网，通过增加波长通道数来扩大用户规模，比如，10 用户网络需要 90 个波长通道数，100 用户网络需要 990 个波长通道数。

可见，多项式增长的波长通道资源需求，成为制约量子互联网规模化发展的“天花板”。在已有方案中，研究人员通过牺牲连接速率、连接时长等办法，演示了进一步扩大规模的方法。

显然，这些方法难以从根本上改善量子互联网的困境。如何在有限频谱资源下实现大规模全连接量子互联网的构建，突破量子互联网的规模化发展桎梏，是量子通信技术领域的核心难题。

为此，研究团队在领域现有工作基础上，另辟蹊径，在国际上首次提出量子态复用组网的量子纠缠互联新方案。为展示方案的先进性，研究团队首先提出独立多色泵浦量子纠缠产生方案，借助氮化硅微环器件，在独立双色泵浦的激励下，在单个波长通道中制备出 3 个量子纠缠态，实现量子态复用量子纠缠光源的研制。

基于研制的量子光源，研究团队在“银杏一号”城域量子互联研究平台基础上，完成了量子态复用量子纠缠互联组网的原理验证，使用 6 个波长通道在 4 个用户间实现了全联接量子互联，相较于此前方案节约了一半波长通道。随着用户数量的增加，节约的波长通道数将接近 67%，做到了泵浦波长增多，连接通道减少，达到“多即是少”的奇妙效果。

此外，研究团队还展示了此类全连接量子互联方案在量子纠缠密钥方面的优势。由于波长通道数的减少，简化了波分组网的硬件开销，降低了系统的光学损耗，提升了量子安全密钥率。

周强表示：“此次提出的量子态复用纠缠互联方案，为大规模量子纠缠互联网络的发展带来新的机遇。而提升量子纠缠互联的综合性能，发展量子互联与经典光通信的共纤融合，推进量子纠缠互联应用示范则是下一步规划。”

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