4 月 20 日，清華大學交叉信息研究院段路明教授研究組在《科學》期刊子刊《科學·進展》（Science Advances）上發(fā)表了題為“25 個可獨立操控的量子接口之間糾纏的實驗實現(xiàn)”（“Experimental entanglement of 25 individually accessible atomic quantum interfaces”的研究論文。該項研究***實現(xiàn)了 25 個量子接口之間的量子糾纏，相比于先前加州理工學院研究組保持的 4 個量子接口之間糾纏的世界紀錄在接口數(shù)量上提高了約 6 倍。

二維原子系綜量子接口陣列之間產(chǎn)生和驗證量子糾纏的實驗裝置圖

　　量子接口（Quantum interfaces）用于實現(xiàn)量子信息在光子和存儲粒子（通常為原子）之間的相干轉(zhuǎn)化，是連接量子存儲器或量子計算單元與光量子通信通道間的重要界面。類似于廣泛應用經(jīng)典接口，量子接口是量子信息領域的基本元器件，實現(xiàn)量子接口之間的糾纏是構(gòu)建量子網(wǎng)絡和未來量子互聯(lián)網(wǎng)的一個基本要求。在量子信息科學中，光子擁有最快的傳輸速度，是傳播量子信息的***載體，而原子擁有很長的量子相干時間，被廣泛用于量子信息的存儲。量子接口將光子和存儲原子連接起來，實現(xiàn)量子信息在不同載體間的高效相互轉(zhuǎn)換。

25 個原子系綜量子接口陣列中量子糾纏的驗證

　　2001 年，段路明與合作者提出著名的 DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）量子中繼方案，建議用原子系綜作為光子與存儲器之間的量子接口。得益于眾多原子和光模式之間的集體增強效應，基于原子系綜的 DLCZ 方案是量子接口的一個理想選擇，在量子信息領域影響很大，國際上多個研究組致力于實現(xiàn) DLCZ 型量子接口及其相互間的量子糾纏。加州理工學院的著名量子信息和量子光學專家金布爾 （Kimble）研究組曾于 2010 年實現(xiàn)了 4 個 DLCZ 型量子接口之間的糾纏，代表此前的國際***水平。

　　為了實現(xiàn)更多量子接口間的糾纏，構(gòu)造更大的量子糾纏網(wǎng)絡，段路明研究組研發(fā)了新穎的二維量子接口陣列，解決了相關技術(shù)問題，可以方便地實現(xiàn)多個量子接口間的糾纏。研究人員通過光束復分技術(shù)，獨立尋址并相干調(diào)控5×5 的量子接口陣列，制備了多體量子糾纏態(tài)。在 25 個量子接口之間，實驗利用糾纏判據(jù)以高置信度證明至少存在 22 體以上的真實糾纏，刷新了量子接口糾纏數(shù)量的世界記錄。

　　《科學·進展》審稿人對該工作給予很高的評價，認為：“這是一個創(chuàng)紀錄的糾纏個數(shù)，也是構(gòu)建***個量子網(wǎng)絡過程中的一個重要的里程碑。”

　　論文***作者為清華大學交叉信息研究院博士研究生濮云飛，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生蔣楠、常煒、李暢，張勝以及美國密西根大學博士研究生吳宇愷。項目得到教育部、科技部以及清華大學的經(jīng)費支持。