據《自然》新聞 2 月 17 日報道，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)近日在量子網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域有了新進(jìn)展。該校物理學(xué)家將三個(gè)量子設備連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，向未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)邁出重要一步。此前，已有其他研究人員演示過(guò)三節點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò )的原理，但《自然》新聞稱(chēng)新方法更容易實(shí)現實(shí)際應用。

　　荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的物理學(xué)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(gè)量子設備的網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)設備持有一個(gè)量子比特的信息，可以與另外兩個(gè)發(fā)生糾纏。這樣的網(wǎng)絡(luò )可以成為未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)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(gè)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(gè)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(guān)鍵。這個(gè)“量子存儲器”可以比其他量子比特保存數據的時(shí)間更長(cháng)，其中用到碳的非放射性同位素碳 13。通過(guò)操縱電子，研究人員能夠推動(dòng)碳原子核進(jìn)入特定的量子態(tài)，把它變成一個(gè)額外的量子比特。這樣的量子存儲器可以在量子狀態(tài)保持 1 分鐘或更長(cháng)時(shí)間。

　　上述存儲器使研究人員能夠分階段建立三個(gè)設備的網(wǎng)絡(luò )。首先，他們將一個(gè)末端節點(diǎn)與中心節點(diǎn)通過(guò)氮原子糾纏在一起。然后，研究人員將氮原子的量子態(tài)儲存在存儲器中。這樣一來(lái)，中心節點(diǎn)作為量子比特的氮原子被釋放，使其能與第三個(gè)節點(diǎn)的量子比特發(fā)生糾纏。最后，中心設備的一個(gè)量子比特與第一個(gè)節點(diǎn)發(fā)生糾纏，另一個(gè)量子比特同時(shí)與第三個(gè)節點(diǎn)發(fā)生糾纏。

　　代爾夫特理工大學(xué)并不是第一個(gè)成功連接三個(gè)量子存儲器的團隊。2019 年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉團隊在《自然·光子學(xué)》雜志發(fā)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(gè)冷原子量子存儲器糾纏起來(lái)，為構建多節點(diǎn)、遠距離的量子網(wǎng)絡(luò )奠定了基礎。奧地利因斯布魯克大學(xué)的物理學(xué)家特雷西·諾斯普(Tracy Northup)認為，他們的實(shí)驗還不能按需發(fā)生糾纏。通過(guò)探測光子，研究團隊實(shí)現的是“追溯性地提取糾纏存在的事實(shí)”。

　　《自然》新聞評價(jià)稱(chēng)，代爾夫特理工大學(xué)研究團隊通過(guò)將信息存儲在一個(gè)節點(diǎn)上演示了糾纏交換技術(shù)，“這種技術(shù)對于未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，可能就像路由器對互聯(lián)網(wǎng)一樣重要”。
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