近日，我在研究基于量子中继的量子通信网络技术时，我们取得了重大突破。在这项工作中，我们首次实现了相距50公里光纤两端之间的量子纠缠。这是我们中国科学技术大学、济南量子技术研究院、中科院上海微系统与信息技术研究所等单位合作的一个成果。我们利用高亮度光与原子纠缠源、高效单光子频率转换和远程单光子精密干涉等先进技术，成功将两个位于不同位置的量子存储器连接起来，这为构建基于量子中继的更大规模网络奠定了基础。
目前，人们通常通过卫星传输来实现广泛覆盖，再用地面光纤网络进行城域和城际覆盖。然而，由于光信号在长距离传输过程中的衰减问题，点对点的地面安全通信距离仅限于百公里左右。为了解决这个问题，并提高地面长距离安全通信能力，我们尝试采用分段传输和级联方式，但以前我们的实验只能达到几千米水平。
为了克服这些限制，我们团队使用环形腔增强技术提高了单个光子的与原子的耦合效率，同时优化了整个系统的效率，将之前的原子-光共振亮度提升了一倍。此外，我自主研发了一种周期极化铌酸锂波导，使得原本用于存储器内部操作（795 nm）的红外波长被转换到可用于通信（1342 nm）的波段后，在经过50公里的地球围绕轨道上的太空电路后，只有三分之一左右失去能量，比起之前在地球上方2000公里的地方，只有十分之一的一部分还剩下，因此节省掉很多能源；我设计并实施双重相位锁定方案，还成功控制远程单个粒子的干涉，以便处理经过地球轨道后的随机偏移差值小于五十纳米。这一系列创新手段最终使我们能够完成一个全新的实验，即通过50公里的地球周边空间电路间隔接收器节点建立稳定的双节点通讯，并展示在超过22千米之外的地球表面的另一个接收器节点也能参与此通讯。这个发现吸引了包括《科学》杂志、《麻省理工科技评论》、《美国科学新闻》以及《新科学家》的众多知名媒体关注，他们认为这一工作带来了进一步推动实现在未来可能成为现实的事物，如“宇宙网”或“天线互联网”的巨大飞跃。
