近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事包小輝、張強等，將長壽命冷原子量子存儲技術(shù)與量子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，采用現(xiàn)場光纖在相距直線距離12.5公里的獨立量子存儲節(jié)點間建立糾纏。相關(guān)研究成果以編輯推薦(Editors' Suggestion)的形式于7月28日發(fā)表在《物理評論快報》上，并被美國物理學(xué)會(APS)下屬網(wǎng)站Physics以”Distant Memories Entangled”為題報道。

　　量子網(wǎng)絡(luò)的基本單元是遠距離雙節(jié)點糾纏。通過采用量子存儲技術(shù)對光子進行存儲，將使不同節(jié)點間的高效糾纏連接成為可能。構(gòu)建存儲器間糾纏并拓展節(jié)點間距一直是量子網(wǎng)絡(luò)方向的研究熱點。已實現(xiàn)的雙節(jié)點糾纏實驗中，最遠直線距離僅為1.3公里。2020年中國科大潘建偉團隊在此方向取得突破 [Nature 578, 240 (2020)]，將雙節(jié)點糾纏的光纖鏈路距離拓展至50公里。然而該實驗中，兩臺量子存儲器位于同一間實驗室，并未實現(xiàn)長程分離。

　　為實現(xiàn)長程分離的存儲器間糾纏，每個量子存儲裝置需能夠獨立操控。在本工作中，節(jié)點A位于合肥市創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園，節(jié)點B位于中國科大東區(qū)，二者之間由20.5公里的光纖進行連接。團隊在節(jié)點A產(chǎn)生了具有長壽命的光與原子糾纏，并將產(chǎn)生的單光子經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換后發(fā)送到節(jié)點B，節(jié)點B將收到的光子再次頻率轉(zhuǎn)換后采用另一臺量子存儲器進行存儲。

　　實驗難點在于單光子的高效傳輸以及長壽命量子存儲。團隊采用激光冷卻的銣原子進行量子存儲，其光子波長為795納米，并不適合在長光纖內(nèi)傳輸。采用由濟南量子研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，研究團隊將光子波長轉(zhuǎn)移至1342納米，極大地降低了光子在長光纖內(nèi)的衰減。另一難點在于長壽命量子存儲，存儲壽命需超過光子傳輸時間。為此，團隊設(shè)計了一個新型的光與原子糾纏產(chǎn)生方案，在獲得長存儲壽命的同時，產(chǎn)生的光子比特編碼在時間自由度，非常適合頻率變換以及遠距離傳輸。

　　以此為基礎(chǔ)，潘建偉團隊成功地實現(xiàn)了獨立存儲器間的遠距離糾纏。該工作為后續(xù)構(gòu)建多節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)，以及進行量子物理檢驗，探索器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　羅曦宇和于勇是該論文的共同第一作者。該工作得到了科技部、安徽省、國家自然科學(xué)基金委、合肥國家實驗室等的支持。

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.050503

　　APS Physics網(wǎng)站鏈接：https://physics.aps.org/articles/v15/s101