近日，上海交通大學金賢敏團隊在最新一期美國《科學》雜志子刊上發(fā)表最新研究成果，提出并實驗演示了一種混合架構的可在室溫下運行的寬帶存儲量子網(wǎng)絡，并構建了兩個不同類型的量子存儲器作為網(wǎng)絡中的節(jié)點。
“從理論上說，每個人現(xiàn)在家里的光纖網(wǎng)絡都可以被改造為量子網(wǎng)絡，但過去，量子存儲器必須在接近絕對零度的情況下才能工作，這大大增加了構架量子網(wǎng)絡的技術復雜度、可擴展性和成本。”金賢敏說，解決了室溫運行的問題，不僅降低了量子計算、量子通信等應用的構架成本，也是解決了其大規(guī)模應用的一個“攔路虎”。
據(jù)介紹，此次實現(xiàn)的兩種量子存儲器構成的混合型量子網(wǎng)絡，可以按需制造和存儲量子態(tài)，并且能夠在時域上對單個或多個光子進行組合、分離、交換和分割等操作，同時量子性得到很好保持。該項研究提供了量子信息處理領域的新途徑，其室溫工作條件和豐富的量子態(tài)操作能力對于量子通信、量子計算和量子模擬等實際應用具有重要意義。
20多年前，科學家就提出了量子存儲器在將量子技術推向實際應用中的重要地位。一方面，量子存儲器可以用于量子中繼，使得多條點對點通信鏈路能夠相連接，避開了長距離通信的損耗問題，使得遠距離量子通信成為可能。另一方面，量子存儲器能以時分復用的方式產(chǎn)生同步的多光子，這對于提高量子計算的算力至關重要。然而，長久以來，構建實際有用的量子存儲器本身是一個挑戰(zhàn)，需要同時滿足高帶寬、高效率、長壽命、低噪音的指標，更重要的是能夠在室溫條件下工作。
上海交大集成量子信息技術研究中心金賢敏團隊一直致力于室溫寬帶量子存儲的研究，特別是把目標聚焦在解決量子存儲器內(nèi)數(shù)十億個原子在室溫下嚴重的噪聲和量子品質(zhì)下降問題，并取得了突破，成功將每個操作的噪聲降低到了0.0001個水平。在前期研究基礎上，近期，研究團隊提出了一種混合架構的可在室溫下運行的寬帶存儲量子網(wǎng)絡，并且在實驗上同時集成了兩個不同類型的量子存儲器作為網(wǎng)絡中的節(jié)點，向可實用化的量子存儲器和量子網(wǎng)絡邁出了重要一步。
未來，研究團隊希望充分發(fā)掘基于室溫寬帶量子存儲器的量子網(wǎng)絡的可擴展性，通過構建更多節(jié)點和提升節(jié)點性能的方式，使得量子網(wǎng)絡具有更豐富的量子信息處理能力。
