在量子網絡實現願景的重大步驟中，伊利諾伊大學厄本那-香檳分校（UIUC）的研究團隊取得了一項關鍵突破。量子通信依賴於糾纏現象，這是一種粒子在距離上保持連結的現象，但傳統的基於原子的系統使用的光波長在長距離光纖傳輸時會衰減。該研究團隊的新成果成功地利用釔（Yb）-171原子陣列直接生成電信波段波長的糾纏光子。根據研究人員的說法，這種創新方法有望繞過之前因光轉換所造成的效率損失和信號干擾，為全球範圍內更快、更安全且更穩健的量子通信鋪平道路。
研究團隊在研究摘要中表示，「通過將原子陣列成像到光纖陣列上，我們還實施了一種平行化的網絡協議，可以隨著通道數量的增加而成比例地提高遠程糾纏速率」。這一技術的發展不僅有助於長距離量子通信的實現，還為未來分布式量子計算和精確時間計量奠定了基礎，特別是在原子鐘網絡的應用中。研究人員利用了 ¹⁷¹Yb 中的一種亞穩定態，該態在1389納米的波長上具有相對較寬的過渡，使得一個單一原子與電信波段光子之間的高保真時間碼編碼糾纏得以創建，這一方法確保了與現有光纖基礎設施的兼容性，促進了量子信息在長距離上的高效傳輸。
這項研究成果顯示，通過將一維原子陣列投影到商業光纖陣列上，糾纏的創建和單光子收集可以在多個原子之間同時發生。這一平行化的設計大大提高了量子網絡的可擴展性和性能，使我們更接近於實際可用的量子通信系統，這些系統能夠在全球範圍內連接量子計算機和傳感器。研究人員成功地展示了一種可擴展的量子網絡架構，該架構在多個互聯節點之間運行良好。這些研究結果表明，他們的平行化配置在不同位置之間持續產生均勻的高保真糾纏，且互相之間的串擾極少，這是可靠的量子通信所必需的條件。
為了進一步提高系統的穩定性和數據完整性，研究團隊開發了一種中路網絡協議，這一技術旨在保持數據量子位（qubit）在網絡操作過程中的相干性。這一方法確保了即使在同時建立多個連接的情況下，量子信息依然保持穩定。根據報導，研究人員通過識別技術和物理限制，徹底檢查了影響時間碼編碼原子-光子糾纏保真的變量。他們的結果顯示，通過少量技術改進，可以實現99%的保真度。此外，他們驗證了系統的光纖陣列不會產生額外的錯誤，從而不會損害糾纏性能。
該研究團隊的量子網絡平台的幾何結構與光纖陣列高度相似，這是其一個顯著優勢。這種結構的兼容性不僅促進了同時量子操作的進行，也便於與現有光學系統的平滑整合。根據科學家的說法，這種方法可以被修改以適應各種平行化的量子任務，包括同步感測和分布式計算，推進量子網絡朝向可擴展和實用的方向發展。該團隊的研究細節已發表在《自然物理學》期刊中。
