據《自然》新聞2月17日報道，荷蘭代爾夫特理工大學近日在量子網絡領域有了新進展。該校物理學家將三個量子設備連接在一個網絡中，向未來的量子互聯網邁出重要一步。

這項研究已于2月8日發布在預印本網站arXiv，題為“Realization of a multi-node quantum network of remote solid-state qubits”。日本慶應義塾大學（Keio University）量子網絡工程師Rodney Van Meter表示，這項研究是向前邁出的一大步，盡管該網絡還沒有達到實際應用所需的性能，但展示了使量子互聯網能夠連接遠距離節點的關鍵技術。

量子互聯網可以理解為量子通信技術支撐的一種產生和使用量子資源的新型功能網絡。“量子互聯網”不是對現有互聯網的替代，而是在互聯網上疊加新功能的基礎設施。

量子通信的核心是儲存在量子比特中的信息，量子網絡的主要目的則是使用戶設備上的量子比特與其他設備上的量子比特發生糾纏。這種糾纏有多種潛在用途，例如加密等等。

此前，已有其他研究人員演示過三節點量子網絡的原理，但《自然》新聞稱新方法更容易實現實際應用。

荷蘭代爾夫特理工大學的物理學家羅納德·漢森（Ronald Hanson）與他的合作者利用量子糾纏現象建立了連接三個量子設備的網絡。每個設備持有一個量子比特的信息，可以與另外兩個發生糾纏。這樣的網絡可以成為未來量子互聯網的基礎。

這些量子設備將量子信息儲存在人造金剛石晶體中，這些晶體的其中一個碳原子被氮原子取代。利用這些金剛石設備，研究團隊可以將光子導入光纖，并將其傳送到另一個設備，在遠程量子比特之間建立糾纏。

量子存儲器（quantum memory）是建立三方糾纏的關鍵。這個“量子存儲器”可以比其他量子比特保存數據的時間更長，其中用到碳的非放射性同位素碳13。通過操縱電子，研究人員能夠推動碳原子核進入特定的量子態，把它變成一個額外的量子比特。這樣的量子存儲器可以在量子狀態保持1分鐘或更長時間。

上述存儲器使研究人員能夠分階段建立三個設備的網絡。首先，他們將一個末端節點與中心節點通過氮原子糾纏在一起。然后，研究人員將氮原子的量子態儲存在存儲器中。這樣一來，中心節點作為量子比特的氮原子被釋放，使其能與第三個節點的量子比特發生糾纏。最后，中心設備的一個量子比特與第一個節點發生糾纏，另一個量子比特同時與第三個節點發生糾纏。

代爾夫特理工大學并不是第一個成功連接三個量子存儲器的團隊。2019年，中國科學技術大學教授潘建偉團隊在《自然·光子學》雜志發表題為“Entanglement of three quantum memories via interference of three single photons”的研究。他們成功地利用多光子干涉將分離的三個冷原子量子存儲器糾纏起來，為構建多節點、遠距離的量子網絡奠定了基礎。奧地利因斯布魯克大學的物理學家特雷西·諾斯普（Tracy Northup）認為，他們的實驗還不能按需發生糾纏。通過探測光子，研究團隊實現的是“追溯性地提取糾纏存在的事實”。

《自然》新聞評價稱，代爾夫特理工大學研究團隊通過將信息存儲在一個節點上演示了糾纏交換技術，“這種技術對于未來的量子互聯網來說，可能就像路由器對互聯網一樣重要”。
任編輯:tzh