构建量子互联网的节点：探索量子存储器与纠缠分发之旅

我的实验量子物理研究之旅始于在因斯布鲁克大学参加的几次实习。2015 年，我完成了关于囚禁离子单量子比特操控的硕士论文研究；随后在因斯布鲁克攻读博士学位期间，我继续利用离子开展量子网络研究。

博士毕业后，我于 2022 年加入巴塞罗那光子科学研究所（ICFO）Hugues de Riedmatten 教授的研究组，目前从事量子中继器的开发工作。

目前，我的研究主要聚焦于基于稀土离子掺杂晶体的量子存储器。这些晶体与纠缠光子对源相结合，共同构成量子网络的一个基本节点。通过连接多个此类节点，我们将能够在远距离范围内分发纠缠，从而为未来的量子互联网奠定基础。

在我们最近发表的论文中，我们开发了一种固态量子存储器阵列，以提高纠缠分发速率，并在该阵列中存储量子比特——即经典比特在量子领域的对应形式。这项成果是迈向随机存取量子存储器的一步，有望增强未来光子量子计算机的能力。

未来的量子互联网具有广泛的潜在应用。相距遥远的量子计算机可以相互连接并共享量子信息。

一个实际示例是盲量子计算。在这种应用中，量子计算机执行客户端请求的任务，但不会获取计算本身的相关信息。

接下来的一项挑战是提高量子存储器阵列的效率。为此，我们将在晶体周围设置反射镜。这样，入射光便可以多次穿过晶体，从而提高存储效率。

任意波形发生器 (HDAWG) 是该存储器阵列实验控制系统的核心。量子存储器的制备和存储序列通过连接至 HDAWG 的 Python API 进行控制。

此外，我们还使用 HDAWG 的内置时间标签单元，对从量子存储器中读取的光子进行计数。

攻读博士学位期间，我参与了一项实验，将分别位于不同建筑物内、相距 230 m 的两个离子纠缠起来。我们一边将光子从一端发送到另一端，一边与另一栋建筑物里的同事进行视频通话。

我们经常会问：“你看到探测器的计数了吗？”这让我们想起经典互联网诞生之初的情景——在 ARPANET 项目中，人们曾问：“你看到字母 L 了吗？”