Page 34 - 网络电信2021年10月刊上
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继实现跨州距离的量子纠缠分发;建立国家实验室、学术界和产                         2019年，美国国家标准与技术研究院(National  Institute  of
            业界之间的多方生态系统，由原型演示阶段迈向运营基础设施                          Standards  and  Technology，NIST)  Wan等在《科学》发文指
            阶段。                                                  出 ［9］ ，基于离子阱体系可实现340μm间隔量子比特位之间受
                2020年9月，美国众议院提出《量子网络基础设施法                        控非门(Control-NOT  Gate，CNOT)逻辑运算操作隐形传态，其
            案》  ［5］ ，拟追加拨款一亿美元，推进量子网络基础设施                        中以镁离子纠缠对分发和铍-镁离子BSM实现联合逻辑门操作，
            建设并加速量子技术应用。10月，国际互联网工程任务组                           成功率可达87%。2020年，中国科学技术大学Yu等在《自然》
            (Internet Engineering Task Force，IETF)的量子互联网         发文介绍了    ［10］ 冷原子系综存储器之间纠缠操作的实验，在实
            提案研究组(Quantum  Internet  Research  Group，QIRG)       验室50km和现网22km的距离可实现量子纠缠操作的实验，其中
            ，持续开展量子互联网原理框架、应用场景和组网协议等标                           采用环形腔增强光子与原子系综耦合，非线性频率转换优化光
            准化讨论。                                                纤传输效率，双重相位锁定控制光程差。2020年，中国科学技
                2021年，美国国家科学基金会发布“量子系统互联(                        术大学Lin和NIST  Leibrandt等在《自然》发文指出，在离子
            QuICs)  ”研讨会报告    ［6］ ，分析量子互联核心组件需求和技术               阱体系中对带电的钙原子和氢化钙分子进行基于激光调控的联
            挑战，并对未来研究发展目标和功能性能指标作出路线规划。                          合调控，通过观测二者之间能量状态变化的关联系，首次制备
                                                                 和观测到单原子和单分子之间的量子纠缠态。2020年，中国科
                三、量子信息网络仍处于科研探索阶段                                学技术大学Liu等在《光学》发文指出，采用飞秒激光加工实
                1. 量子信息网络物理层核心基础组件                               现稀土离子晶体光波导固态量子存储器，保真度可达到99%并
                量子信息网络物理层的核心基础组件从功能模型角度，大致                       具有可集成和扩展性;使用0.5K深低温共振谱仪提高自旋回波
            可以分为量子纠缠源、量子态探测器、量子态转换器、量子态存                         信噪比，可将量子存储时间提升至40ms。
            储器和量子态信息处理器。其中，量子纠缠源是提供基础物理信                             3. 量子信息网络潜在应用探索进展
            道资源的关键使能器件，实现高品质确定性量子纠缠制备分发以                             在量子信息网络的潜在应用探索方面，国内外相关研究和
            及高维量子纠缠态操控，将是实现量子信息网络的第一项控制性                         实验虽已取得一些初步进展，但多为原理性探索和概念性实验
            因素。量子态探测器具备单光子量级的信号探测能力，并支持贝                         验证，距离实用化仍有较大差距。2012年，维也纳大学Barz等在
            尔态联合测量等量子叠加态和纠缠态检测功能。量子态转换器实                         《科学》发文介绍了首个基于测量的盲量子计算实验，通过远端
            现信道中的“飞行量子比特”与存储器和处理器中的物质量子比                         量子计算处理器将量子位置于纠缠态，由计算用户发送未知量子
            特之间的量子态读写转换，可能涉及多种不同类型(如光子、电                         态控制运算演化，并获取计算结果，从而实现远程量子计算任务
            子和原子等)、不同能级(如微波、可见光和电信波段等)和不同                        的安全加密委托。2014年，帝国理工大学Nickerson等在《物理
            编码自由度(如偏振、相位和时间等)量子比特之间的相互转换，                        评论X》发文指出，采用基于声阈值13.3%表面编码纠错算法和纠
            将是量子态信息实现跨体系互联和组网的第二项控制性因素。量                         缠纯化技术建立量子计算单元之间的互联信道，可实现2MHz频率
            子态存储器包含多种可能的物理实现方案(如气态冷原子系综，                         的计算处理互联，但存在98%的光子纠缠损失，仅可达到kHz量级
            固态囚禁离子和金刚石色心，以及全光子簇态等)可实现网络中                         的Qubit交互速率。2017年，以色列希伯来大学Ganz在《量子信
            继节点或处理节点中的量子态接收和存储。各种方案的量子存储                         息处理》发文指出，基于多维纠缠簇态的多方领导者选举量子纠
            技术目前均处于实验研究阶段，存储深度、带宽、时间和读取效                         缠协议算法，基于预先共享多维纠缠簇态实现无需多方协商的云
            率等方面的指标难以满足实用化要求。突破实用化量子存储中继                         计算网络领导者选举，通过对各方共享量子纠缠态进行异步测
            技术，将是实现量子信息网络的第三项控制性因素。量子态信息                         量，以测量结果标注领导者，可以保证选举过程的随机性和公平
            处理器广义上可包含量子计算机和量子传感器等终端处理节点，                         性。2020年，中国科学技术大学Dai等在《自然物理学》发文指
            网络层面主要指具备纠缠纯化和纠缠交换功能的量子中继器。量                         出，基于“墨子号”卫星和双向自由空间量子密钥分发技术的量
            子态信息处理器的突破和实用化，将是实现最高级形态的量子计                         子安全时间同步实验，卫星和地面站实现了单光子级时间同步信
            算网络的第四项控制性因素，而这与量子计算和量子测量领域的                         号传输，时间脉冲频率为9kHz，量子信道误码率为1%，时间传递
            发展与演进关系紧密。                                           精度达到30ps，推动了基于卫星实现量子时间同步组网的实验探
                2. 量子信息网络物理层核心基础组件研究进展                           索。
                对于量子信息网络物理层的核心基础组件，近年来国内                             总体而言，量子信息网络的关键技能技术和核心基础组件
            外相关研究和实验虽取得了一些初步进展，但仍处于探索阶                           的研究目前仍处于开放式探索阶段，在量子纠缠操控、量子态
            段。2019年，中国科学技术大学Li等在《自然·光子学》发                        存储和量子态转换等方面的技术路线尚未收敛，解决方案尚不
            文指出   ［7］ ，基于多维纠缠簇态制备和后选择贝尔态测量可实                     明确，量子信息网络发展的关键控制性因素在短期内获得重大
            现多信道间光子对任意连接，提升纠缠态分发效率;  基于6个                        突破并达到规模应用的实用化水平可能性较小。
            独立参量转换双光子纠缠源可实现12光子无存储量子中继器。
            2019年，荷兰德尔福特理工大学Bradley等在《物理评论X》                         四、结束语
            发文指出    ［8］ ，基于固态电子自旋量子位，可实现存储时间达                        量子信息网络通过量子隐形传态实现量子态信息在处理系
            1min的10位量子存储器;  通过金刚石色心控制电子自旋，以                      统和节点之间的传输，可以实现多个量子信息处理模块间的互
            微波脉冲进行控制和光脉冲读出，未来可扩展进行纠错编码。                          联互通。对于量子计算模块而言，由于量子态的叠加特性，实

                                                       网络电信 二零二一年十月                                            57
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