研究团队向量子互联网迈出了重要一步

量子中继器跳跃需要两个相距l的纠缠光子对源(下图中有无限符号)。每对光子中的一个被发送到一个中央测量节点(图中中心阴影区域)，在那里它们被存储在量子存储器中。它们的伴侣光子以相反的方向发送，也存储在距离为2L的量子存储器中。一种量化到达中心节点的两个光子的不可区分性的测量方法，类似于Figueroa团队所证明的，可以用来纠缠距离较远的光子。来源:Chase Wallace，石溪大学

世界各地都在进行量子计算和量子网络的研究，希望在未来开发出量子互联网。量子互联网将是一个由量子计算机、传感器和通信设备组成的网络，它将创建、处理和传输量子态和纠缠，并有望增强社会的互联网系统，并提供当前互联网所不具备的某些服务和安全。

石溪大学(Stony Brook University)的物理学家及其合作者展示了一种采用室温量子存储器的基础量子网络测量方法，朝着构建量子互联网测试平台迈出了重要的一步。他们的发现发表在《npj量子信息》杂志上。量子信息领域本质上结合了物理学、数学和经典计算的各个方面，利用量子力学比经典计算更快地解决复杂问题，并以一种不可破解的方式传输信息。

虽然量子互联网系统的愿景正在增长，研究人员和公众对该领域的兴趣激增，伴随着投资资金的急剧增加，但实际的量子互联网原型尚未建成。

根据石溪研究小组的说法，实现通信网络更安全、测量系统更精确、某些科学分析算法更强大的潜力的关键障碍，依赖于开发能够在许多节点和长距离上带来量子信息和纠缠的系统。这些系统被称为量子中继器，是当前物理学研究中较为复杂的挑战之一。

研究人员在最新的实验中提高了量子中继器的能力。他们建立并表征了在室温下工作的量子存储器，并证明这些存储器具有相同的性能，当目标是建立大规模量子中继网络时，这是一个必不可少的特征，这些中继网络将包含几个这样的存储器。他们通过将相同的量子态发送到每个存储器中，并对存储器的输出执行一个称为Hong-Ou-Mandel干涉的过程，来测试这些存储器在功能上是如何相同的，这是一个量化光子特性不可区分性的标准测试。他们证明，在室温量子存储器中存储和检索光量子比特的过程不会显著扭曲联合干涉过程，并允许记忆辅助纠缠交换，这是一种长距离分配纠缠的协议，也是构建可操作量子中继器的关键。“我们相信这是朝着可行的量子中继器和量子互联网发展迈出的非凡一步，”首席作者Eden Figueroa博士说，他是石溪大学总统创新资助教授和分布式量子处理中心主任，他在美国能源部布鲁克海文国家实验室担任联合任命。此外，该团队开发的量子硬件在室温下运行，大大降低了运行成本，使系统更快。许多量子研究不是在室温下进行的，而是在接近绝对零度的温度下进行的，这种温度更昂贵，速度更慢，对网络来说在技术上也更具挑战性。因此，室温技术是构建大规模量子网络的一个很有前途的技术。

该团队不仅完成了室温量子存储和通信的结果，而且还为他们的方法申请了专利。他们获得了室温量子存储和高重复率量子中继器的美国专利。

“让这些量子存储器在量子水平和室温状态下一起工作，对于任何规模的量子互联网来说都是必不可少的。据我们所知，这一壮举之前还没有被证明过，我们希望在这项研究的基础上进一步发展，”Figueroa强调说，并指出他们的专利技术使他们能够进一步测试量子网络。共同作者Sonali Gera，博士后研究员和Chase Wallace，博士生，都在物理和天文学系，在实验期间与Figueroa以及其他同事密切合作，在某种意义上，旨在有效地“放大”远距离纠缠，量子中继器的基本功能。Gera解释说:“由于存储器能够以用户定义的存储时间存储光子，我们还能够显示光子检索的时间同步，尽管光子在随机时间到达存储器，这是操作量子中继器系统所必需的另一个特征。”她和华莱士补充说，团队研究的下一步是建立和表征与量子存储器兼容的纠缠源，并设计机制来“预示”在许多量子存储器中存储光子的存在。