全量子路由器實(shí)驗(yàn)示意圖 供圖/交叉信息研究院


　　本報(bào)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(shí)驗(yàn)上演示了全量子路由器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站 （arxiv.org）上公布后受到關(guān)注。著名技術(shù)雜志《麻 省 理 工 技 術(shù) 評(píng) 論 》（MITTechnologyReview）以“量子路由器的首次演示”為題詳細(xì)報(bào)道了這一研究成果，報(bào)道副標(biāo)題為：
　　“中國(guó)物理學(xué)家揭示一種路由器，采用量子控制信號(hào)決定量子數(shù)據(jù)信號(hào)路徑”。
　　傳統(tǒng)通信是通過發(fā)送數(shù)字代碼0或1來發(fā)送信息的。如今，物理學(xué)家已經(jīng)能夠利用光子的量子性質(zhì)來傳遞信息，而且量子通信能夠比傳統(tǒng)通信擁有更加強(qiáng)大的功能，能以0和1的疊加態(tài)發(fā)送信息。量子信息能夠?yàn)槲覀兲峁┕δ軓?qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)、無條件安全的密碼體系。
　　在未來的量子網(wǎng)絡(luò)中，量子信息的傳遞一般來說需要通過光子進(jìn)行。操控量子網(wǎng)絡(luò)中光子路徑的過程稱為路由（routing）。一個(gè)路由器包括控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，路由器通過讀取控制信號(hào)的信息來決定數(shù)據(jù)信號(hào)的路徑。在傳統(tǒng)的路由器中，控制信號(hào)通常是一個(gè)經(jīng)典的信號(hào) （0或1），但是，這樣的路由器無法發(fā)揮量子信息全部的功能。
　　我校量子信息中心研究組實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)利用量子控制信號(hào)來控制量子數(shù)據(jù)信號(hào)的全量子路由器雛形。研究小組首先創(chuàng)造了一個(gè)具有水平和垂直偏振疊加態(tài)的光子，然后利用非線性過程，將這個(gè)單光子轉(zhuǎn)變成一對(duì)低能量的糾纏光子，這對(duì)糾纏光子同樣處于偏振疊加態(tài)。路由器將其中一個(gè)光子的偏振作為控制信號(hào)去控制另一個(gè)作為數(shù)據(jù)信號(hào)的光子的路徑。
　　實(shí)驗(yàn)小組首先驗(yàn)證了傳統(tǒng)的路由操作并控制光子處在0或者1狀態(tài)，之后他們驗(yàn)證了量子路由器的量子性：將控制光子放在一個(gè)量子疊加態(tài)上，路由操作使得信號(hào)光子的路徑處在疊加態(tài)上，并與控制光子的狀態(tài)糾纏在一起。
　　本次實(shí)驗(yàn)演示是量子通信發(fā)展中非常重要的進(jìn)展，量子路由器是全量子網(wǎng)絡(luò)中的重要量子器件。首次演示量子路由器實(shí)驗(yàn)結(jié)果之后，我校量子信息中心將致力于“離子量子計(jì)算結(jié)點(diǎn)”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)推動(dòng)未來大規(guī)模的量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。
　　此項(xiàng)研究由姚期智講座教授段路明指導(dǎo)，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(dǎo)向項(xiàng)目“全量子網(wǎng)絡(luò)”資助。