我國(guó)量子網(wǎng)絡(luò)研究取得突破
——中科大實(shí)現(xiàn)基于冷原子的多節(jié)點(diǎn)量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、包小輝等在量子網(wǎng)絡(luò)方向研究取得重要進(jìn)展，成功地利用多光子干涉將分離的三個(gè)冷原子量子存儲(chǔ)器糾纏起來(lái)，為構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離的量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。該成果于近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威期刊《自然·光子學(xué)》上。

與經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)，量子網(wǎng)絡(luò)指的是遠(yuǎn)程量子處理器間的互聯(lián)互通。按照其發(fā)展程度可分為：量子密鑰網(wǎng)絡(luò)、量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)三個(gè)階段。量子密鑰網(wǎng)絡(luò)已較為成熟，目前正在進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用，如我國(guó)已經(jīng)建成的量子保密通信京滬干線等。量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是量子密鑰網(wǎng)絡(luò)的下一階段。該方向當(dāng)前的主要熱點(diǎn)是如何拓展節(jié)點(diǎn)數(shù)目以及增加節(jié)點(diǎn)間的距離。

構(gòu)建量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基本資源是光與原子間的量子糾纏。糾纏的亮度及品質(zhì)直接決定了量子網(wǎng)絡(luò)的尺度與規(guī)模。為此，潘建偉、包小輝研究組采用環(huán)形腔增強(qiáng)技術(shù)來(lái)增加單光子與原子系綜間耦合，并采用高階模式鎖腔、自濾波等技術(shù)來(lái)抑制雜散背景光子，使得在維持糾纏品質(zhì)不變的情況下，糾纏源的亮度比以往雙節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。以此糾纏源為基礎(chǔ)，該研究組通過(guò)制備多對(duì)糾纏，并通過(guò)三光子干涉成功地將三個(gè)原子系綜量子存儲(chǔ)器糾纏起來(lái)。審稿人稱贊這一工作為“多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)的里程碑”。

該實(shí)驗(yàn)為接下來(lái)的多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，使得分布式量子計(jì)算等成為可能。當(dāng)前實(shí)驗(yàn)中采用的單光子為近紅外波段，光纖內(nèi)損耗較大。如采用量子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)將光子變換至通信波段，將有望大幅拓展節(jié)點(diǎn)間的距離。如采用確定性糾纏制備技術(shù)也將有望對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)目大幅拓展。（記者 常河）