4 月 20 日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明教授研究組在《科學(xué)》期刊子刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表了題為“25 個(gè)可獨(dú)立操控的量子接口之間糾纏的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)”（“Experimental entanglement of 25 individually accessible atomic quantum interfaces”的研究論文。該項(xiàng)研究***實(shí)現(xiàn)了 25 個(gè)量子接口之間的量子糾纏，相比于先前加州理工學(xué)院研究組保持的 4 個(gè)量子接口之間糾纏的世界紀(jì)錄在接口數(shù)量上提高了約 6 倍。

二維原子系綜量子接口陣列之間產(chǎn)生和驗(yàn)證量子糾纏的實(shí)驗(yàn)裝置圖

　　量子接口（Quantum interfaces）用于實(shí)現(xiàn)量子信息在光子和存儲(chǔ)粒子（通常為原子）之間的相干轉(zhuǎn)化，是連接量子存儲(chǔ)器或量子計(jì)算單元與光量子通信通道間的重要界面。類似于廣泛應(yīng)用經(jīng)典接口，量子接口是量子信息領(lǐng)域的基本元器件，實(shí)現(xiàn)量子接口之間的糾纏是構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)和未來量子互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)基本要求。在量子信息科學(xué)中，光子擁有最快的傳輸速度，是傳播量子信息的***載體，而原子擁有很長的量子相干時(shí)間，被廣泛用于量子信息的存儲(chǔ)。量子接口將光子和存儲(chǔ)原子連接起來，實(shí)現(xiàn)量子信息在不同載體間的高效相互轉(zhuǎn)換。

25 個(gè)原子系綜量子接口陣列中量子糾纏的驗(yàn)證

　　2001 年，段路明與合作者提出著名的 DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）量子中繼方案，建議用原子系綜作為光子與存儲(chǔ)器之間的量子接口。得益于眾多原子和光模式之間的集體增強(qiáng)效應(yīng)，基于原子系綜的 DLCZ 方案是量子接口的一個(gè)理想選擇，在量子信息領(lǐng)域影響很大，國際上多個(gè)研究組致力于實(shí)現(xiàn) DLCZ 型量子接口及其相互間的量子糾纏。加州理工學(xué)院的著名量子信息和量子光學(xué)專家金布爾 （Kimble）研究組曾于 2010 年實(shí)現(xiàn)了 4 個(gè) DLCZ 型量子接口之間的糾纏，代表此前的國際***水平。

　　為了實(shí)現(xiàn)更多量子接口間的糾纏，構(gòu)造更大的量子糾纏網(wǎng)絡(luò)，段路明研究組研發(fā)了新穎的二維量子接口陣列，解決了相關(guān)技術(shù)問題，可以方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)量子接口間的糾纏。研究人員通過光束復(fù)分技術(shù)，獨(dú)立尋址并相干調(diào)控5×5 的量子接口陣列，制備了多體量子糾纏態(tài)。在 25 個(gè)量子接口之間，實(shí)驗(yàn)利用糾纏判據(jù)以高置信度證明至少存在 22 體以上的真實(shí)糾纏，刷新了量子接口糾纏數(shù)量的世界記錄。

　　《科學(xué)·進(jìn)展》審稿人對(duì)該工作給予很高的評(píng)價(jià)，認(rèn)為：“這是一個(gè)創(chuàng)紀(jì)錄的糾纏個(gè)數(shù)，也是構(gòu)建***個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)過程中的一個(gè)重要的里程碑。”

　　論文***作者為清華大學(xué)交叉信息研究院博士研究生濮云飛，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生蔣楠、常煒、李暢，張勝以及美國密西根大學(xué)博士研究生吳宇愷。項(xiàng)目得到教育部、科技部以及清華大學(xué)的經(jīng)費(fèi)支持。