在本次问答中，哈佛大学的博士研究员Can Knaut与物理学教授Mikhail Lukin合作，分享了他们团队最近演示的细节，该演示通过叠加在两个量子存储节点之间35公里(22英里)的电信光纤环路内的不同量子态中的光子发送信息。
在过去的几年里，该团队在波士顿都会区内租用了光纤，在现有光纤上运行他们的演示网络，以探索是否可以通过这种设置创建量子互联网。
量子存储器是互连量子计算机的核心，因为它支持复杂的网络操作和信息存储/检索。
在他们的演示中，该团队使用了一种光子介导的纠缠方法——由于光已经与第一个节点纠缠在一起，因此可以转移到第二个节点。
该团队的工作表明，量子网络节点确实可以纠缠在一起，即使在繁忙的城市地区也是如此，这使我们离未来的量子互联网又近了一大步。
Laser Focus World：是什么激发了你的量子网络节点项目的灵感，你是如何实现它的？
Can Knaut：我们的量子网络项目的灵感来自量子网络的潜在应用，例如量子安全通信、分布式量子计算和非局部传感协议。这些应用需要纠缠空间上分离的量子比特，并将这种纠缠长时间存储，由于量子信息的短暂性，这是一项具有挑战性的任务。
我们最近在优化双量子比特量子存储节点(基本上是一台小型量子计算机)方面取得了进展，该节点可以有效地与光交互，这促使我们继续进行最新的实验。
我们使用两个量子网络节点来生成和存储量子比特之间的纠缠，长达一秒钟。重要的是，我们通过横跨波士顿的 35 公里长的有损光纤链路执行纠缠操作，这表明我们的平台与现有的光纤技术兼容，并且可以扩展到更大的量子网络。
LFW：您能描述一下所涉及的基本量子光学/光子学吗？
克瑙特：我们使用的量子系统是金刚石中的硅空位中心(SiV)，这是一种在金刚石晶格内具有杂质原子(硅)的颜色中心。这种结构形成单个电子的能级，类似于单个原子内的能级。电子自旋与入射光相互作用，促进纠缠分布。额外的核自旋用于长时间存储量子信息。
为了增强光和电子自旋之间的相互作用，我们将SiV放置在纳米光子光学腔中，将光紧紧地限制在SiV周围并增加相互作用。这些空腔由高纯度金刚石通过纳米加工制成，与锥形纤维有效耦合，形成与单模光纤相连的空腔-量子电动力学(空腔-QED)系统。
LFW：有什么很酷的设计工作吗？
克瑙特：设计纳米光子器件需要一堆仿真和验证工具，这些工具允许生成用于纳米加工的设计文件。除了纳米光子学器件，我们还集成了用于SiV量子控制的共面金波导。这些波导需要与SiV的位置精确对齐。
LFW：关于你的工作，你最想让人们知道的是什么？
克瑙特：我们的工作重点是将两台小型量子计算机缠绕在一条长而部署的光纤链路上。与受控实验室环境中的光纤不同，部署的光纤会受到环境引起的极化和相位噪声的影响。这些噪声源会显着影响通过这些光纤传播的光中编码的量子态的保真度。
为了解决这个问题，我们使用了一种由纳米光子腔实现的串行纠缠技术。这种方法允许我们实现一个不需要复杂锁相的纠缠协议。因此，我们能够在创纪录的光纤距离上产生纠缠，同时在繁忙的大都市地区运营。
我们工作的主要好处包括证明长距离量子纠缠在现实世界条件下的可行性，并为更强大和可扩展的量子网络铺平道路。
LFW：这个项目最酷的方面是什么？
克瑙特：我们在已部署的光纤上生成了纠缠，这导致了非常不平凡的光纤路由。具体来说，用于纠缠产生的 35 公里长的光纤总共穿越查尔斯河六次，贯穿四个城市!
LFW：有什么挑战需要克服吗？
克瑙特：一个主要的挑战是实验的同步。该实验需要量子和经典控制信号的极其精确的同步，精度高达几纳秒，尽管节点之间的光纤距离长达数十公里。
除此之外，使用已部署的光纤链路会引入极化漂移，这需要在实验过程中自动补偿。
另一个重大挑战是光子量子比特到电信O波段的双向量子频率转换(QFC)。在不造成明显信号损失的情况下将QFC集成到纠缠生成实验中，需要仔细选择组件并对实验进行微调。
LFW：应用？
克瑙特：我们的量子网络可能具有从分布式量子计算的量子安全通信到分布式量子传感协议的应用范围。
LFW：下一步是什么？
克瑙特：我们目前正在努力通过添加节点和试验更多网络协议来扩展网络性能。
