济南量子技术研究院量子探测与波导器件实验室张强教授、谢秀平高工、郑名扬副研究员基于自主研发的周期极化铌酸锂波导，助力中国科技大学潘建伟院士团队成功将相距50公里光纤的两个量子存储器纠缠起来，并演示了经由22公里外场光纤的双节点纠缠。该成果将实用化的量子中继器向前推进了一大步，为构建基于量子中继的量子网络奠定了坚实基础。相关论文近日发表在国际权威学术期刊《自然》上。
构建全球化量子网络并在此基础上实现量子通信是量子信息研究的终极目标之一，国际学术界广泛采用的量子通信网络发展路线是通过基于卫星的自由空间信道实现广域大尺度覆盖，通过光纤网络实现城域及城际的地面覆盖。目前最远的点对点地面安全通信距离仅为百公里量级，通过发展量子中继技术，级联各段点对点量子通信，有望进一步大幅拓展安全通信距离，并使得构建全量子网络成为可能。
然而，受限于光与原子纠缠亮度低、原子存储器波长与通信光纤不匹配和远程单光子干涉等技术瓶颈，此前最远光纤量子中继仅为公里量级。针对上述技术难题，研究团队在以下三方面开展了技术攻关：首先采用环形腔增强技术来提升单光子与原子系综间耦合，并优化光路传输效率，将此前的光与原子纠缠的亮度提高了一个数量级；其次，原子存储器对应的光波长在光纤中的损耗约为3.5dB/km，在50公里光纤中，光信号将衰减至十亿亿分之一（10^-17.5），使得量子通信无法实现。特别的，基于济南量子技术研究院张强教授团队自主研发周期极化铌酸锂波导，通过非线性差频过程，将存储器的光波长由近红外（795 nm）转换至通信波段（1342 nm），经过50公里的光纤仅衰减至百分之一以上，效率相比之前提升了16个数量级；最后为实现远程单光子干涉，研究团队设计并实施了双重相位锁定方案，成功地把经过50公里光纤的传输后引起的光程差控制在50nm左右。
该工作得到《自然》审稿人的高度评价“该结果是非常杰出的，向实现量子中继方向迈出了重要一步。”“将这些操作拓展至城域距离是本领域的一个重大进展。”该工作得到山东省重点研发计划项目、济南高新区管委会的资助。
