中国首次实现基于冷原子的多节点量子存储网络

1月25日，观察者网从中国科技大学获悉，该校潘建伟、包小辉等研究团队，成功地利用多光子干涉，将分离的三个冷原子量子存储器纠缠起来，为构建多节点、远距离的量子网络奠定了基础。成果1月21日发表在国际权威学术期刊《自然•光子学》上，被审稿人称赞为“多节点量子网络的里程碑”。

量子网络指的是远程量子处理器间的互联互通。按照其发展程度，可分为量子密钥网络、量子存储网络、量子计算网络三个阶段。量子存储网络是量子密钥网络的下一阶段。在每个节点，量子态存储在量子存储器内，能够在适当的时候按需读出。因此基于量子存储网络可以进行更高级的量子信息任务，如进行量子态隐形传输、分布式量子计算等。

实验装置图

量子存储网络当前的主要目标是拓展节点数目、增加节点间的距离。构建量子存储网络的基本资源是光与原子间的量子纠缠。纠缠的亮度及品质直接决定了量子网络的尺度与规模。为提升纠缠亮度，潘建伟、包小辉研究组采用环形腔增强技术来增加单光子与原子系综间耦合，进而使得纠缠制备效率大幅提升。为提升纠缠品质，该团队采用高阶模式锁腔、自滤波等技术，使得杂散背景光子得到很好抑制。两者相结合，在维持纠缠品质不变的情况下，纠缠源的亮度比以往双节点实验中提升了一个数量级以上。以高亮度光与原子纠缠为基础，该研究组通过制备多对纠缠，并通过三光子干涉成功地将三个原子系综量子存储器纠缠起来。

研究人员表示，今后将有望对节点数目进一步拓展；采用量子频率转换技术将原子波长转换至通信波段，也将有望对节点间的距离进行大幅拓展。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-018-0342-x