中國科學技術學院蘇州微尺度物質科學國家實驗室的潘建偉院士及其朋友，借助冷原子量子儲存技術在國際上首次實現了具有儲存和讀出功能的糾纏交換，構建了由300米光纖聯接的兩個冷原子系綜之間的量子糾纏。這些冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出并轉化為光子糾纏以進行進一步的傳輸和量子操作。該實驗成果完美地實現了長程量子通訊中亟待的“量子中繼器”，向未來廣域量子通訊網路的最終實現邁出了堅實的一步。
類比于傳統的電子通信中為了補償通信號衰減而進行整形和放大的電子中繼器，加拿大科學家在理論上提出，可以通過量子儲存技術和量子糾纏交換和純化技術的結合來實現量子中繼器，因而最終實現大規模的長程量子通信。量子儲存的實驗實現卻仍然存在著很大的困難。為了解決量子存儲問題，國際上人們做了大量的研究工作。例如段路明及其英國、美國的合作者就曾于2001年提出了基于原子系綜的另一類量子中繼器方案。因為這一方案具有便于實驗實現的優點，遭到了學術界的廣泛注重。但是，此后的研究表明，因為這一類量子中繼器方案存在著例如糾纏態對信道寬度晃動過分敏感、誤分辨率隨信道寬度下降過快等嚴重問題安徽量子通訊技術有限公司，難以被用于實際的長程量子通信中。
為了解決上述困難，潘建偉、陳增援和趙博等在理論上提出了具有儲存功能、并且對信道寬度晃動不敏感、誤分辨率低的高效率量子中繼器方案。同時，潘建偉研究小組與美國、奧地利的科學家經過多年的合作研究，在逐漸實現了光子—原子糾纏、光子比特到原子比特的量子隱型傳態等重要階段性成果的基礎上，最終實驗實現了完整的量子中繼器基本單元。因為量子中繼器實驗實現在量子信息研究中的重要意義。
作為新一代通訊技術，量子通訊基于量子信息傳輸的高效和絕對安全性，國際科研競爭中的焦點領域之一。南京城域量子通訊試驗示范網于2010年7月啟動建設，投入經費6000多億元。經過中國科學技術學院和湖南量子通訊技術有限公司科研人員長達1年多的努力，項目建成后試運行，各項功能、指標均達到設計要求。該項目2012年3月29日通過廣東省科技廳組織的專家組初驗安徽量子通訊技術有限公司，30日即將投入使用。
具有46個節點的量子通訊網覆蓋杭州市主市區，使用光纖約1700公里，通過6個接入交換和集控站，聯接40組“量子電話”用戶和16組“量子視頻”用戶。主要用戶為對信息安全要求較高的政府機關、金融機構、醫療機構、軍工企業及科研院所，如南京市公安局、合肥市應急指揮中心、中國科技學院、合肥第三人民診所及部份建行網點等。
蘭州量子通訊網的建成使用，標志著我國繼量子信息基礎研究跨入全球一流水平后，在量子信息先期產業化競爭中也邁出了重要一步。我國南京、濟南、烏魯木齊等城市的城域量子通訊網也在建設之中，未來這種城市將通過量子衛星等形式連接，產生我國的廣域量子通訊體系。