量子远程克隆是量子信息科学领域的一种关键的多用户量子通信协议，它通过量子隐形传态技术实现量子态在多个不同位置的克隆。在连续变量系统中，量子远程克隆的实现需要在发送方和接收方之间分配多组份纠缠。然后，发送方进行光电转换，并通过经典信道将信息同时传输到多个空间分离的接收器。为了成功地重构输入态，每个接收方都需要进行电光转换。然而，由于这些转换的引入，光学模式的带宽在很大程度上受到限制。

为了解决这一问题，荆杰泰教授研究团队通过光学器件代替光电和电光转换，实验实现了1到2全光量子远程克隆，两个克隆态的保真度分别为58.6% ± 1.0%和58.6% ± 1.1%，超过了相应的经典极限。该结果为构建灵活的全光多用户量子网络奠定了基础，促进了全光量子信息处理的发展。

在实验中，如图1(a)所示，首先利用原子系综四波混频过程制备连续变量纠缠。量子纠缠的一束分发到参与量子远程克隆协议的发送方(Alice)。同时，量子纠缠的另一束通过光学分束器分束后发送到接收方(Bob和Claire)。Alice利用一个高增益光学参量放大器把待远程克隆量子态与她所拥有的量子纠缠资源进行低噪声高增益参量放大，并将放大后的光学信息通过全光通道传输给Bob和Claire。Bob和Claire在收到全光信号之后，利用线性光学分束器，将其与自身所拥有的量子纠缠资源进行耦合，从而实现量子远程克隆。实验结果如图1(b) 所示，两个克隆态的保真度分别为58.6% ± 1.0%和58.6% ± 1.1%，超过了相应的经典极限(51.9% ± 0.5% and 51.9% ± 0.6%)，清晰地证明了1到2全光量子远程克隆的成功构建。为了在实验上展示全光量子远程克隆的宽带宽特性，荆杰泰教授研究团队还详细测量了全光量子远程克隆协议的带宽，实验结果表明在一定带宽范围之内均可以实现全光量子远程克隆协议，成功突破了传统方案的单边带运转限制。研究成果以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一单位发表于Physical Review Letters 132, 160803 (2024)。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.160803

图1: (a)1到2全光量子远程克隆实验装置。(b)克隆态的正交振幅和正交相位噪声。