量子不可克隆定律賦予了量子通信基于物理學原理的安全性，而這一定律也決定了光子傳輸損耗不能使用傳統的放大器來克服，這使得遠程量子通信成為當今量子信息科學的核心難題之一。

   量子中繼和可移動量子存儲是實現遠程量子通信的兩種可行方案，其共性需求是高性能的量子存儲器。在量子中繼方面，國際已有實驗研究都聚焦于發射型存儲器的架構，無法同時滿足確定性發光和多模式復用這兩個關鍵技術需求。可移動量子存儲方面，國際上光存儲的時間最長僅1分鐘，無法滿足可移動量子存儲小時量級存儲時間的需求。

   中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態量子存儲器，并在上述兩條技術路線上取得了重要進展，實現了一種基于吸收型存儲器的多模式量子中繼，并成功將光存儲時間提升至1小時。相關成果于2021年4月22日和6月2日分別發表于《自然—通訊》和《自然》。

   研究組基于參量下轉換技術制備了兩套糾纏光源，并基于獨創的“三明治”結構制備了兩套固態量子存儲器。每對糾纏光子中的一個光子被“三明治”型量子存儲器所存儲，而每對糾纏光子中的另一個光子被同時傳輸至中間站點進行貝爾態檢驗。一次成功的貝爾態檢驗會完成一次成功的糾纏交換操作，使得兩個空間分離3.5米的固態量子存儲器之間建立起量子糾纏，盡管這兩個存儲器沒有發生任何直接的相互作用。量子中繼基本鏈路的演示實驗中實現了4個時間模式的復用，使得糾纏分發的速率提升了4倍，實測的糾纏保真度達到了80.4%。該工作證實了基于吸收型量子存儲構建量子中繼的可行性，并首次展現了多模式復用在量子中繼中的加速作用。

   研究組結合理論預言首次實驗測定摻銪硅酸釔晶體在ZEFOZ磁場下的完整能級結構。在此基礎上，研究組結合原子頻率梳（AFC）量子存儲方案以及ZEFOZ技術，成功實現了光信號的長壽命存儲。實驗中光信號首先被AFC吸收成為銪離子系統的光學激發，接著被轉移為自旋激發，經歷一系列自旋保護脈沖操作后，最終被讀取為光信號，總存儲時間長達1小時。■