量子網際網路為新科學技術提供絕對的防竊聽通信和強大的分布式傳感器網絡。然而，由於量子信息無法複製，因此不可能通過經典網絡發送此信息。量子信息必須通過量子粒子傳輸，為此需要特殊的接口。因斯布魯克的實驗物理學家本·蘭揚，他的研究在2015年獲得了奧地利啟動獎，正在研究未來量子網際網路的這些重要交叉點。現在研究團隊，已經創造了物質和光之間量子糾纏轉移的記錄。

第一次，使用光纜覆蓋了50公里的距離，這比以前的可能性提高了兩個數量級，是開始構建城市間量子網絡的實際距離。Lanyon團隊從一個被困在離子阱中的鈣原子開始了實驗。利用雷射束，研究人員在離子上寫入量子態，同時激發它發射存儲量子信息的光子。

結果，原子和光粒子的量子態是糾纏的，但挑戰是通過光纜傳輸光子。鈣離子發出的光子波長為854納米，並很快被光纖吸收。因此，研究團隊最初通過由強雷射照明的非線性晶體發送光粒子。

光子波長被轉換為長途旅行的最佳值：當前的電信標準波長為1550納米。來自因斯布魯克的研究人員，通過一條50公里長的光纖線路發送這種光子。測量表明，即使經過波長轉換和這一漫長的旅程，原子和光粒子仍然糾纏在一起。作為下一步，Lanyon和研究團隊展示了該研究方法將能夠在相距100公里或更遠的離子之間產生糾纏。兩個節點將每一個糾纏光子發送50公里的距離到一個交叉點，在那裡以這樣的方式測量光粒子，使得它們失去與離子的糾纏，這又會使它們糾纏。

現在有了100公里節點間距的可能性，因此人們可以設想在未來幾年內建立世界上第一個城際光物質量子網絡：例如，在因斯布魯克和維也納之間建立量子網際網路的過程中，只需要幾個捕獲的離子系統。Lanyon團隊是量子網際網路聯盟(Quantum Internet Alliance)的一部分，該聯盟是歐盟量子框架內的一個國際項目。目前研究成果已經發表在《自然》《量子信息》期刊上。

博科園｜研究/來自：因斯布魯克大學

參考期刊《npj Quantum Information》

DOI: 10.1038/s41534-019-0186-3

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