據(jù)中國科學(xué)技術(shù)研究院25日消息，該校潘建偉在量子網(wǎng)絡(luò)研究方面取得重要進展——實現(xiàn)基于冷原子的多節(jié)點量子存儲網(wǎng)絡(luò)。 潘建偉、鮑曉輝等人通過多光子干涉的方式成功糾纏了三個分離的冷原子量子存儲器件，為建立多節(jié)點、長距離量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。 該成果近日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然光子學(xué)》上，被審稿人譽為“多節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)的里程碑”。
與經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)，量子網(wǎng)絡(luò)是指遠程量子處理器之間的互連。 按照其發(fā)展水平，可分為量子密鑰網(wǎng)絡(luò)、量子存儲網(wǎng)絡(luò)、量子估計網(wǎng)絡(luò)三個階段。 量子存儲網(wǎng)絡(luò)是量子密鑰網(wǎng)絡(luò)的下一階段。 在每個節(jié)點，量子態(tài)存儲在量子存儲器中，可以在適當?shù)臅r間按需讀出。 因此，基于量子存儲網(wǎng)絡(luò)，可以執(zhí)行更多的中間量子信息任務(wù)，例如量子態(tài)的隱形傳輸和分布式量子估計。
鑒于量子網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用價值，國際競爭非常激烈。 量子密鑰網(wǎng)絡(luò)相對成熟量子通訊潘，目前正在進入大規(guī)模應(yīng)用，例如我國已建成的量子保密通信滬寧干線。 在量子存儲網(wǎng)絡(luò)方向，目前主要目標是擴大節(jié)點數(shù)量，增加節(jié)點之間的距離。 例如，英國代爾夫特理工學(xué)院計劃建設(shè)連接代爾夫特、阿姆斯特丹等城市的四節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)； 印度阿貢國家實驗室、費米實驗室和華盛頓研究所也在計劃類似的量子網(wǎng)絡(luò)。
構(gòu)建量子存儲網(wǎng)絡(luò)的基本資源是光和原子之間的量子糾纏。 色溫和糾纏質(zhì)量直接決定了量子網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和規(guī)模。 為了提高糾纏的色溫，潘建偉和包曉輝課題組采用環(huán)腔增強技術(shù)，減少單光子與原子系綜之間的耦合，從而促進糾纏制備效率的大幅提升。 為了提高糾纏質(zhì)量，團隊采用了高階鎖模腔、自混合等技術(shù)，使雜散背景光子得到很好的抑制。 將兩者結(jié)合起來量子通訊潘，在保持相同糾纏質(zhì)量的情況下，糾纏源的照度比之前的國慶點實驗提高了一個數(shù)量級以上。
基于高色溫光與原子的糾纏，課題組通過制備多對糾纏和三光子干涉，成功實現(xiàn)了三原子系綜量子存儲器的糾纏。 實驗中，三個量子存儲設(shè)備位于兩個獨立實驗室外，通過18米多模光纖連接。 研究人員表示，進一步結(jié)合團隊此前實現(xiàn)的相關(guān)存儲和糾纏技術(shù)，有望進一步擴大節(jié)點數(shù)量； 利用量子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)將原子波長轉(zhuǎn)換為通信波段也有望大幅擴大節(jié)點之間的距離。