記者13日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、包小輝、張強等與濟南量子技術研究院等單位合作，成功實現兩個冷原子量子存儲器間跨越420公裡光纖的量子糾纏，並在230公裡以上距離突破無中繼量子糾纏分發的理論極限。這一成果大幅提升了物質量子比特間的糾纏距離，為城際尺度量子網絡構建奠定了基礎。日前相關研究以編輯推薦的形式發表在《物理評論快報》上。

量子存儲器間的遠距離糾纏是構建量子互聯網的技術基礎，有望應用於基於量子中繼的遠程量子通信、分布式量子計算、分布式量子傳感等方向。拓展量子存儲器間糾纏距離的關鍵在於提升糾纏成功率。為此，團隊多年來持續開展基於單光子干涉的糾纏連接研究，解決了長光纖相位鎖定、獨立激光器遠程相位同步、高效率低噪聲量子頻率轉換等技術難題。為進一步將糾纏距離提升至幾百公裡，還需進一步降低信道傳輸損耗，並提升單光子相位鎖定的長期穩定性。

研究團隊將量子存儲器的波長由795納米切換至780納米，並更換量子頻率轉換方案，使信號光子能夠匹配光纖的超低損耗傳輸窗口。在單光子鎖相方面，團隊發展了結合全時與分時的雙波長三頻相位鎖定技術，大幅提升了超長光纖情形下光子鎖相的長期穩定度。結合這兩項新技術，研究人員在不同長度光纖鏈路下開展了雙節點糾纏實驗研究。實驗發現，直至420公裡來自兩個冷原子量子存儲器的出射光子均能保持穩定的單光子干涉，存儲器間的量子糾纏也得到了直接驗証。

研究人員表示，該工作不僅實現了存儲器間糾纏距離的大幅提升，也在糾纏分發成功率上取得重要突破，在遠距離情形（230公裡以上）下可以突破量子糾纏直接分發的理論界限，相關技術使得構建城際尺度量子網絡並開展相關應用研究成為可能。