据中国科学技术研究院25日消息，该校潘建伟在量子网络研究方面取得重要进展——实现基于冷原子的多节点量子存储网络。 潘建伟、鲍晓辉等人通过多光子干涉的方式成功纠缠了三个分离的冷原子量子存储器件，为建立多节点、长距离量子网络奠定了基础。 该成果近日发表在国际权威学术期刊《自然光子学》上，被审稿人誉为“多节点量子网络的里程碑”。
与经典网络相对应，量子网络是指远程量子处理器之间的互连。 按照其发展水平，可分为量子密钥网络、量子存储网络、量子估计网络三个阶段。 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中，可以在适当的时间按需读出。 因此，基于量子存储网络，可以执行更多的中间量子信息任务，例如量子态的隐形传输和分布式量子估计。
鉴于量子网络的重要应用价值，国际竞争非常激烈。 量子密钥网络相对成熟量子通讯潘，目前正在进入大规模应用，例如我国已建成的量子保密通信沪宁干线。 在量子存储网络方向，目前主要目标是扩大节点数量，增加节点之间的距离。 例如，英国代尔夫特理工学院计划建设连接代尔夫特、阿姆斯特丹等城市的四节点量子网络； 印度阿贡国家实验室、费米实验室和华盛顿研究所也在计划类似的量子网络。
构建量子存储网络的基本资源是光和原子之间的量子纠缠。 色温和纠缠质量直接决定了量子网络的规模和规模。 为了提高纠缠的色温，潘建伟和包晓辉课题组采用环腔增强技术，减少单光子与原子系综之间的耦合，从而促进纠缠制备效率的大幅提升。 为了提高纠缠质量，团队采用了高阶锁模腔、自混合等技术，使杂散背景光子得到很好的抑制。 将两者结合起来量子通讯潘，在保持相同纠缠质量的情况下，纠缠源的照度比之前的国庆点实验提高了一个数量级以上。
基于高色温光与原子的纠缠，课题组通过制备多对纠缠和三光子干涉，成功实现了三原子系综量子存储器的纠缠。 实验中，三个量子存储设备位于两个独立实验室外，通过18米多模光纤连接。 研究人员表示，进一步结合团队此前实现的相关存储和纠缠技术，有望进一步扩大节点数量； 利用量子频率转换技术将原子波长转换为通信波段也有望大幅扩大节点之间的距离。