现在，北京清华大学量子信息中心（CQI）、合肥国家实验室（Hefei National Laboratory）的研究人员成功开发并测试了一种新型可编程量子存储器框架。在4月25日发表于《物理评论X》上的论文中，科学家表示：“这项工作为量子中继器、量子网络和网络量子计算的实现提供了一个前景广阔的平台。”
在测试过程中，该量子存储器存储了72个光学量子比特，并进行了1000次连续的读写操作，显示出可编程的特性。该设备还能执行队列（queue）、堆栈（stack）和缓冲器（buffer）——这是传统计算机在连接互联网时所依赖的三种核心功能。
这些结果表明，这种量子存储器的性能比之前的记录高出两个数量级。
最新研究成果标志着量子网络发展的又一重要进展。
量子存储器和量子网络的相关研究持续加强，众多开发量子存储器和量子中继器的方法正在积极推进。
研究人员指出，他们已在多种量子存储器的实现上取得了实质性进展，包括基于原子或自旋集合、单原子或离子以及具有长相干时间的单空位中心（NV-空位）光子量子存储器。
他们补充道：“为了在100千米的都市范围内通过量子中继器协议实现有效的量子纠缠，必须将长相干时间、大容量存储以及高保真度操作有效结合。尽管各种技术各自都已有所示范，但如何实现这些技术的互相兼容，并将它们集成到一个量子存储器系统中，依然是一个充满挑战的实验目标。”
此外，全球许多团队也在竞相开发高效的量子网络。例如，美国能源部于2020年就发布了《构建全国范围的量子互联网》的报告。目前，包括芝加哥、纽约和查塔努加在内的一些城市在量子网络领域已经取得了显著进展。同样，一些主要云服务提供商也在此领域做出了努力，例如AWS就在波士顿设立了一个量子网络开发中心。
长岛量子网络扩展到纽约市。该网络将使用量子中继器链，通过三个纠缠源、六个量子存储器和两个纠缠交换站延伸至整个长岛
报告链接：
https://www.energy.gov/sites/prod/files/2020/07/f76/QuantumWkshpRpt20FINAL_Nav_0.pdf
然而，建立高效且高性能的中继器是目前仍阻碍进展的主要挑战之一。
清华大学研究团队开发的方法有望助力克服这些挑战。以下为他们的研究论文摘要（题为“实现可编程多用途光子量子存储器，操作超过千个量子比特”）：
“量子网络能够为分布式量子计算、远程量子通信和网络化量子传感等多种应用带来前所未有的性能提升。光子量子存储器是量子网络中最关键的组件之一，作为通信通道与本地功能单元之间的桥梁。一种可编程的量子存储器能够处理大量飞行中的量子比特流，并满足量子网络中多个核心功能的需求，尽管其实现仍在探索中。”
“我们在此报告了一种高性能的量子存储器，能够存储72个光量子比特，这些量子比特由144个空间分离的原子团携带，并支持多达一千次的随机存取写入或读取操作，性能比以往的记录提高了两个数量级。得益于其内置的可编程性，该量子存储器可以灵活适应多种功能。作为应用示例，我们实现了量子队列、堆栈和缓冲器，其功能与传统信息处理设备极为相似。我们还演示了通过存储器对4对纠缠光子脉冲进行存储和重新排序，这些脉冲具有随机到达时间和任意释放顺序，满足量子中继器和量子网络高效路由的基本需求。因此，这种多功能可编程量子存储器的实现，是构建未来大规模、全功能量子网络的关键组件。”
多用途光量子存储器和实验装置。(a)量子网络架构，包括一个基于量子中继器的通信骨干网和多个本地量子节点。红色虚线展示了基于该架构的分布式量子计算连接方案，QKD代表量子密钥分发。(b)不同类型的量子数据容器及其利用。(c)、(d)多用途量子存储器示意图。该系统由两个编码转换器、两个寻址单元和一个基于87Rb原子云的二维存储器阵列组成；输入和输出量子比特均以极化方式编码
单个存储单元的性能
光量子比特写入和读取过程中所有元件的效率列表
随机存取量子存储器
量子队列、堆栈和缓冲器
多个纠缠光子对的存储和重组（reshuffle）
一句话总结，此项实现的光量子存储器具有可扩展性、长寿命、高可控性及多功能性，为量子中继器和广泛量子网络的发展提供了关键优势。
展望未来，研究人员表示：“将来，通过将原子装入光晶格阵列，我们有望进一步延长相干时间至0.1秒以上，提升效率至0.5以上，并增强光学深度，这将极大提升光量子逻辑的性能。通过波长转换技术，我们还能实现远距离通信的量子中继网络。最终，如果能结合里德堡相互作用或自旋超交换技术进一步开发‘内存中的量子门’，我们将能够打造一个近乎通用的平台，支持全连接量子逻辑、纠错量子网络，乃至全球量子互联网。”
[1]https://www.hpcwire.com/2020/07/27/whats-needed-to-deliver-the-nationwide-quantum-internet-blueprint/
[2]https://www.hpcwire.com/2024/04/25/quantum-internet-tsinghua-researchers-new-memory-framework-could-be-game-changer/