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苑震生等：遠距離量子通信邁出重要一步——量子中繼器的實驗實現
（節選）
量子通信具有高效率和絕對安全等特點，被認為是未來信息科學的重要發展方向。盡管絕對安全的量子通信已經在實驗室中被多次驗證，但其實用化方向卻碰到了瓶頸：如何實現遠距離的量子通信？我國科學家近來在突破這一瓶頸時取得了重要進展。中國科學技術大學的苑震生等以“遠距離量子通信邁出重要一步——量子中繼器的實驗實現”為題，在《2009科學發展報告》上撰文對這一重大成果作了簡要介紹。
文章首先扼要回顧了遠距離量子通信的研究現狀。雖然量子糾纏交換和量子糾纏純化分別在1998年和2003年得以實驗實現，但量子存儲的實現卻一直存在很大困難。科學家為此做了大量工作。段路明等曾于2001年提出了基于原子系綜的另一類量子中繼器方案，該方案易于實驗實現，得到了學術界的廣泛重視。受該方案啟發，中國科技大學潘建偉研究組在理論上和實驗上對基于原子系綜的存儲及實現量子中繼器的可能性進行了研究。2007年，他們提出了具有存儲功能并且對信道長度抖動不敏感、誤碼率低的高效率量子中繼器的理論方案，在實驗上則實現了該方案中的基本節點即光子-原子系綜的糾纏，并利用該糾纏源首次實現了光量子比特態到原子量子比特的內嵌存儲的隱形傳態。該項成果以封面標題的形式發表在2008年2月1日出版的《自然?物理》上。
文章隨后簡述了量子中繼器的實驗實現。潘建偉研究組在前述理論模型和實驗技術的基礎上進一步在國際上首次實現了量子中繼器，邁出了通向實用化遠距離量子通信的重要一步。實驗分為以下幾個步驟：
1.實現單光子和原子氣體的量子糾纏。在實驗中，研究人員用磁光阱囚禁得到的原子系綜的集體激發作為量子中繼器，并產生了單光子和原子系綜的量子糾纏
2.實現遙遠兩地原子系綜的量子糾纏。研究人員先通過步驟（1）使位于A、B兩地的兩團冷原子氣體各自與它們發出的單光子產生糾纏，同時把這兩個發出的單光子導入光纖送往中間的一個極化分束器進行聯合貝爾糾纏。根據聯合貝爾測量的結果，相距遙遠的原子系綜A和B就被制備到了相應的量子糾纏態上，該量子糾纏態也被存儲到了原子的激發態上。
3.存儲、讀出和驗證原子系綜的糾纏態。在需要的時候，存儲在A、B兩地原子系綜中的糾纏態可以被重新讀出轉化為光子糾纏態，進行下一步的量子信息處理，或用作建立更遠距離的量子糾纏的節點。
2008年8月28日，《自然》雜志以《量子中繼器實驗實現》為題發表了潘建偉研究組的相關研究論文。歐洲物理學會對該成果進行了專題報道，并將該工作評為“2008年度物理學重大進展”之一。（摘自中國科學院“科學發展報告”課題組撰寫的《2009科學發展報告》）
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