量子互联网联盟财团是欧盟量子旗舰项目第一阶段资金的一部分。来源： QuTech-Delft
巴黎索邦大学的研究人员实现了量子纠缠在两个量子存储器器中高效转移。这一成就为未来量子互联网的可扩展性带来了关键要素。
连接多个位置的量子互联网是全球量子技术路线图的关键一步。在这方面，欧洲量子旗舰计划于2018年启动了量子互联网联盟。这个由斯蒂芬妮·韦纳（QuTech-Delft）协调的财团由来自8个欧洲国家的12个大学领先研究小组组成，与20多家公司和研究所密切合作。他们结合自己的资源和专业领域，为未来量子互联网和所需技术的蓝图。
量子互联网使用一个有趣的量子现象将网络中不同的节点连接在一起。在正常的网络连接中，节点通过来回发送电子或光子来交换信息，使它们容易受到窃听。在量子网络中，节点通过纠缠连接起来，这是爱因斯坦著名的"远处的怪异动作"。这些远距离的非经典相关性不仅允许直接传输以外的安全通信，而且允许分布式量子计算或增强传感。
然而，构建大规模量子网络的一个主要挑战是能够在远距离节点之间产生这种相关性。原则上，如果纠缠可靠地存储在量子存储器中，这一挑战是可以克服的。通过将长距离拆分为几个较短的段，可以在这些基本链路的末端之间创建纠缠，然后连接它们，直到两个初始节点纠缠。量子存储器器件存储纠缠，确保在执行连接之前在所有段上创建纠缠。该协议称为量子中继器。
关键参数是量子存储器器件的效率：如果一个设备在记录或检索纠缠光时失败，量子中继器无法正常工作。例如，存储和检索效率从 60% 到 90% 的显著减少纠缠分布在 600 公里距离内的平均时间，通常为两个数量级。QIA 联合体的目标之一是通过构建使用不同物理平台进行纠缠的高效内存器件，为量子中继器技术奠定基础。
在2020年10月的《Optica》在线刊上，朱利安·劳拉特教授及其在卡斯特勒·布罗塞尔实验室（索邦大学、CNRS、ENS-PSL大学、法国大学）的团队报告了为这一努力迈出的期待已久的一步。他们演示了将纠缠光束存储和回收到两个量子存储器中，总体效率高达 85%。与该领域以前的作品相比，这一值增加了三倍以上。
"这一成就是我们实验室10年实验发展的结果。现在，它为进一步研究开辟了道路，因为许多潜在的网络架构都承担了这种可扩展性的效率价值，"LKB 博士生、论文的主要作者之一 Félix Hoffet 说。
巴黎的实验涉及一个非常拉长的激光冷却的原子组合，其基础是称为电磁诱导透明度的协议。控制激光束使介质透明，并减慢携带信息的冲击信号光。当信号包含在合奏中并关闭控制光束时，信息将转换为原子的集体激发，直到控制光束再次打开。Laurat 的团队首先生成了两束缠绕的光束，然后按照此协议将它们映射到两个记忆中。通过使用特定的原子转换，并在每个记忆中达到非常大的吸收，研究人员能够以前所未有的效率书写和读出纠缠，同时保持非常低的噪音污染。
玻璃室中激光冷却的3厘米长的原子组合被用作量子存储器。来源： LKB
"我们的记录效率首先需要强有力的理论努力，以更好地了解我们之前实施中的限制因素，然后进行实验性的探索，将所有必需的成分组合在一起，"前玛丽居里博士后研究员、论文另一位主要作者曹明涛补充道。亚历山德拉·谢里梅特，前玛丽·居里研究员，也是论文的作者，在模拟整个过程和考虑到这个原子系统中多个能量水平的复杂性方面发挥了关键作用。
《Optica》中报道的工作是进一步调查的垫脚石。然而，建设大规模网络的道路仍然面临挑战。例如，高效的量子存储器设备也需要有很长的存储时间，才能比丢失更快地创建纠缠。此关键功能还可以同时存储不同信息。QIA 财团正在从理论上和实验上处理这些方面。例如，Laurat教授在巴黎的团队正专注于开发"空间多路复用"记忆，这些记忆可以同时存储多个状态，以便并行化量子连接。
