近日，上海交通大學(xué)金賢敏團(tuán)隊(duì)在最新一期美國《科學(xué)》雜志子刊上發(fā)表最新研究成果，提出并實(shí)驗(yàn)演示了一種混合架構(gòu)的可在室溫下運(yùn)行的寬帶存儲(chǔ)量子網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)建了兩個(gè)不同類型的量子存儲(chǔ)器作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。

“從理論上說，每個(gè)人現(xiàn)在家里的光纖網(wǎng)絡(luò)都可以被改造為量子網(wǎng)絡(luò)，但過去，量子存儲(chǔ)器必須在接近絕對(duì)零度的情況下才能工作，這大大增加了構(gòu)架量子網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)復(fù)雜度、可擴(kuò)展性和成本。”金賢敏說，解決了室溫運(yùn)行的問題，不僅降低了量子計(jì)算、量子通信等應(yīng)用的構(gòu)架成本，也是解決了其大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)“攔路虎”。

據(jù)介紹，此次實(shí)現(xiàn)的兩種量子存儲(chǔ)器構(gòu)成的混合型量子網(wǎng)絡(luò)，可以按需制造和存儲(chǔ)量子態(tài)，并且能夠在時(shí)域上對(duì)單個(gè)或多個(gè)光子進(jìn)行組合、分離、交換和分割等操作，同時(shí)量子性得到很好保持。該項(xiàng)研究提供了量子信息處理領(lǐng)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(duì)于量子通信、量子計(jì)算和量子模擬等實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

20多年前，科學(xué)家就提出了量子存儲(chǔ)器在將量子技術(shù)推向?qū)嶋H應(yīng)用中的重要地位。一方面，量子存儲(chǔ)器可以用于量子中繼，使得多條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(yuǎn)距離量子通信成為可能。另一方面，量子存儲(chǔ)器能以時(shí)分復(fù)用的方式產(chǎn)生同步的多光子，這對(duì)于提高量子計(jì)算的算力至關(guān)重要。然而，長久以來，構(gòu)建實(shí)際有用的量子存儲(chǔ)器本身是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要同時(shí)滿足高帶寬、高效率、長壽命、低噪音的指標(biāo)，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(shù)研究中心金賢敏團(tuán)隊(duì)一直致力于室溫寬帶量子存儲(chǔ)的研究，特別是把目標(biāo)聚焦在解決量子存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)十億個(gè)原子在室溫下嚴(yán)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(gè)操作的噪聲降低到了0.0001個(gè)水平。在前期研究基礎(chǔ)上，近期，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種混合架構(gòu)的可在室溫下運(yùn)行的寬帶存儲(chǔ)量子網(wǎng)絡(luò)，并且在實(shí)驗(yàn)上同時(shí)集成了兩個(gè)不同類型的量子存儲(chǔ)器作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，向可實(shí)用化的量子存儲(chǔ)器和量子網(wǎng)絡(luò)邁出了重要一步。

未來，研究團(tuán)隊(duì)希望充分發(fā)掘基于室溫寬帶量子存儲(chǔ)器的量子網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，通過構(gòu)建更多節(jié)點(diǎn)和提升節(jié)點(diǎn)性能的方式，使得量子網(wǎng)絡(luò)具有更豐富的量子信息處理能力。