中国科大构建国际首个基于纠缠的城域量子网络

　　中国迷信技能年夜学潘建伟、包小辉、张强等初次采纳单光子干预干与正在自力存储节点间成立纠缠，并以此为根蒂根基构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子收集。该事情使患上实际量子纠缠收集的间隔由以往的几十米整整晋升了三个数目级至几十千米，为后续开展盲量子计较、漫衍式量子计较、量子加强长基线干预干与等量子收集使用奠基了迷信与技能根蒂根基。相干研究结果于5月15日正在线颁发正在国际学术期刊《天然》杂志上。

　　经由过程量子态的长途传输来构建量子收集是年夜标准量子信息处置惩罚的基本因素。基于量子收集，可以完成广域量子密钥分发和漫衍式量子计较以及量子传感，组成将来“量子互联网”的技能根蒂根基。今朝，基于单光子传输的量子密钥收集已成长成熟，而面向漫衍式量子计较、漫衍式量子传感等进一步量子收集使用，需求采纳量子中继技能正在远间隔量子存储器间构建量子纠缠，正在此根蒂根基上经由过程广域量子隐形传态将各个量子信息处置惩罚节点毗连起来。

　　正在量子隐形传态方面，中国科年夜潘建伟团队不断处于国际当先程度，前后完成了多终端 [Nature 430, 54 (2004)]、多体 [Nature Physics 2, 678 (2006)]和多自由度 [Nature 516, 518 (2015)]的量子隐形传态，为完成量子信息正在量子收集中的传输路子奠基了技能根蒂根基。正在量子存储与量子中继方面，研究团队恒久开展了相干研究。团队正在国际上率先完成了具备存储功用的波动量子中继节点 [Nature 454, 1098 (2008)]；为晋升存储寿命、读出效率、纠缠制备几率等要害指标，团队成长了三维光晶格冷原子量子存储、环形腔加强光与原子彼此作用、里德堡梗阻按捺高阶引发等多项要害技能，不只完成了综合机能最优的冷原子量子存储器 [Nature Photonics 10, 381 (2016)]，还完成了肯定性的光与原子纠缠制备 [Phys. Rev. Lett. 128, 060502 (2022)]。

　　正在此根蒂根基上，研究团队最近几年来正在量子存储收集标的目的取患上多项重要进展。2019年，团队经由过程三光子干预干与，完成了试验室内三个冷原子量子存储器间的纠缠，成为首个可拓展间隔的量子收集原型[Nature Photonics 13, 210 (2019)]。2020年，团队哄骗量子频次转换技能将量子存储的出射光子波长由795纳米转换至1342纳米，并联合单光子锁相技能，胜利完成了正在试验室内经由50千米光纤毗连的双节点纠缠[Nature 578, 240 (2020)]。

　　为正在远间隔别离的自力量子存储器间成立纠缠，首要应战正在于怎样节制单光子相位。基于单光子干预干与的纠缠方案正在纠缠速度方面有重年夜上风，然而试验难度很是高。纠缠历程中量子存储的节制激光、频次转换泵浦激光、长光纤信道等带来的纤细相位颤动城市招致终极天生纠缠的退相关。为解决这一难题，团队设计并成长了一套很是精良的相位节制方案：起首经由过程超稳腔稳频来压抑节制激光线宽，其次经由过程光锁相环来构建读写激光间的相位联系关系，最初经由过程长途分时相位比对来构建两节点间的相位联系关系。采纳以上相位节制技能，并哄骗量子频次转换，团队胜利完成了相距十几公里远的量子存储器之间的纠缠。以此为根蒂根基，研究团队构建了国际上首个城域三节点量子纠缠收集。该收集可以正在肆意两个量子存储器节点间成立纠缠。

　　图：试验节点结构示用意。此中Alice节点位于中国科年夜东区、Bob节点位于合胖立异工业园、Charlie节点位于安徽光机所。

　　该事情使患上实际量子纠缠收集的间隔由几十米晋升至几十千米，为后续开展漫衍式量子计较、漫衍式量子传感等量子收集使用奠基根蒂根基。该事情是国际首个城域多节点量子收集试验。审稿人对该事情赐与高度评估：“他们的结果开启了量子互联网研究的新篇章（their achievement starts a new stage of quantum internet research）”，“为将来年夜范围量子收集摊平了门路（paving the way for future large-scale quantum networks）”。

　　《天然》杂志也正在统一期颁发了美国哈佛年夜学Lukin团队的相干试验进展，该团队初次正在SiV色心系统完成了双节点远间隔纠缠。两者相比，中国科年夜结果正在纠缠效率方面有较着上风，比哈佛年夜学的事情高两个数目级以上。

　　本项研究得到了科技部、国度天然迷信基金委、安徽省、中国迷信院等的撑持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07308-0