我國(guó)在量子網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域再獲里程碑式突破。記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、包小輝等成功利用多光子干涉，將分離的三個(gè)冷原子量子存儲(chǔ)器糾纏起來，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1月21日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上，被審稿人稱贊為“多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)的里程碑”。

　　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。量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是量子密鑰網(wǎng)絡(luò)的下一階段。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)，量子態(tài)存儲(chǔ)在量子存儲(chǔ)器內(nèi)，能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候按需讀出。因此，有了量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，科學(xué)家就可以進(jìn)行更為高級(jí)的量子信息任務(wù)，如進(jìn)行量子態(tài)隱形傳輸、分布式量子計(jì)算等?！　?/p>

　　▲實(shí)驗(yàn)室裝置圖

　　量子網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，因此國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。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。在量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)方向，當(dāng)前的主要目標(biāo)是拓展節(jié)點(diǎn)數(shù)目、增加節(jié)點(diǎn)間的距離。比如，荷蘭的代爾夫特理工大學(xué)就準(zhǔn)備搭建一個(gè)連接代爾夫特、阿姆斯特丹等城市的四節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò);美國(guó)的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室與芝加哥大學(xué)也在籌劃類似的量子網(wǎng)絡(luò)。

　　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。其糾纏的亮度及品質(zhì)，直接決定了量子網(wǎng)絡(luò)的尺度與規(guī)模。為提升糾纏亮度，潘建偉、包小輝研究組采用環(huán)形腔增強(qiáng)技術(shù)來增加單光子與原子系綜間耦合，進(jìn)而使得糾纏制備效率大幅提升。同時(shí)，在維持糾纏品質(zhì)不變的情況下，該研究團(tuán)隊(duì)還使糾纏源的亮度比以往雙節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中提升了約十倍以上。

　　以高亮度光與原子糾纏為基礎(chǔ)，該研究組通過制備多對(duì)糾纏，并通過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。實(shí)驗(yàn)中，三個(gè)量子存儲(chǔ)器位于兩間獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，二者間由18米單模光纖相連。研究人員表示，進(jìn)一步結(jié)合該團(tuán)隊(duì)之前實(shí)現(xiàn)的相關(guān)存儲(chǔ)和糾纏技術(shù)，將有望對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)目進(jìn)一步拓展;采用量子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)將原子波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換至通信波段，也將有望對(duì)節(jié)點(diǎn)間的距離進(jìn)行大幅拓展。