我國量子網絡研究取得突破

我國量子網絡研究取得突破
——中科大實現基於冷原子的多節點量子存儲網絡

中國科學技術大學潘建偉、包小輝等在量子網絡方向研究取得重要進展，成功地利用多光子干涉將分離的三個冷原子量子存儲器糾纏起來，為構建多節點、遠距離的量子網絡奠定了基礎。該成果于近期發表在國際學術權威期刊《自然·光子學》上。

與經典網絡相對應，量子網絡指的是遠程量子處理器間的互聯互通。按照其發展程度可分為：量子密鑰網絡、量子存儲網絡、量子計算網絡三個階段。量子密鑰網絡已較為成熟，目前正在進入規模化應用，如我國已經建成的量子保密通信京滬幹線等。量子存儲網絡是量子密鑰網絡的下一階段。該方向當前的主要熱點是如何拓展節點數目以及增加節點間的距離。

構建量子存儲網絡的基本資源是光與原子間的量子糾纏。糾纏的亮度及品質直接決定了量子網絡的尺度與規模。為此，潘建偉、包小輝研究組採用環形腔增強技術來增加單光子與原子係綜間耦合，並採用高階模式鎖腔、自濾波等技術來抑制雜散背景光子，使得在維持糾纏品質不變的情況下，糾纏源的亮度比以往雙節點實驗中提升了一個數量級以上。以此糾纏源為基礎，該研究組通過製備多對糾纏，並通過三光子干涉成功地將三個原子係綜量子存儲器糾纏起來。審稿人稱讚這一工作為“多節點量子網絡的里程碑”。

該實驗為接下來的多節點、遠距離量子網絡實驗奠定了基礎，使得分佈式量子計算等成為可能。當前實驗中採用的單光子為近紅外波段，光纖內損耗較大。如採用量子頻率轉換技術將光子變換至通信波段，將有望大幅拓展節點間的距離。如採用確定性糾纏製備技術也將有望對節點數目大幅拓展。（記者 常河）