上海交大金贤敏团队实现混合架构的室温宽带存储量子网络

近日，上海交通大学金贤敏团队在最新一期美国《科学》杂志子刊上发表最新研究成果，提出并实验演示了一种混合架构的可在室温下运行的宽带存储量子网络，并构建了两个不同类型的量子存储器作为网络中的节点。
“从理论上说，每个人现在家里的光纤网络都可以被改造为量子网络，但过去，量子存储器必须在接近绝对零度的情况下才能工作，这大大增加了构架量子网络的技术复杂度、可扩展性和成本。”金贤敏说，解决了室温运行的问题，不仅降低了量子计算、量子通信等应用的构架成本，也是解决了其大规模应用的一个“拦路虎”。
据介绍，此次实现的两种量子存储器构成的混合型量子网络，可以按需制造和存储量子态，并且能够在时域上对单个或多个光子进行组合、分离、交换和分割等操作，同时量子性得到很好保持。该项研究提供了量子信息处理领域的新途径，其室温工作条件和丰富的量子态操作能力对于量子通信、量子计算和量子模拟等实际应用具有重要意义。
20多年前，科学家就提出了量子存储器在将量子技术推向实际应用中的重要地位。一方面，量子存储器可以用于量子中继，使得多条点对点通信链路能够相连接，避开了长距离通信的损耗问题，使得远距离量子通信成为可能。另一方面，量子存储器能以时分复用的方式产生同步的多光子，这对于提高量子计算的算力至关重要。然而，长久以来，构建实际有用的量子存储器本身是一个挑战，需要同时满足高带宽、高效率、长寿命、低噪音的指标，更重要的是能够在室温条件下工作。
上海交大集成量子信息技术研究中心金贤敏团队一直致力于室温宽带量子存储的研究，特别是把目标聚焦在解决量子存储器内数十亿个原子在室温下严重的噪声和量子品质下降问题，并取得了突破，成功将每个操作的噪声降低到了0.0001个水平。在前期研究基础上，近期，研究团队提出了一种混合架构的可在室温下运行的宽带存储量子网络，并且在实验上同时集成了两个不同类型的量子存储器作为网络中的节点，向可实用化的量子存储器和量子网络迈出了重要一步。
未来，研究团队希望充分发掘基于室温宽带量子存储器的量子网络的可扩展性，通过构建更多节点和提升节点性能的方式，使得量子网络具有更丰富的量子信息处理能力。