10月2日，一篇发表在《Nature Communications》期刊上发表题为“Nonlocal photonic quantum gates over 7.0 km”（跨越7km的非局域光子量子门）的研究论文引发业界关注——由中国科学技术大学郭光灿院士领衔的科研团队,基于固态量子存储实现跨越7km的分布式光量子计算，展示了基于量子存储和通信光缆构建分布式量子计算网络的可行性，为规模化量子计算的实现提供了新思路，标志着量子网络领域的又一项重要进展。
图源：中国科技大学官网
据悉，该研究团队基于量子门隐形传送协议建立了两个量子节点之间的非局域量子门，两个量子节点之间的直线距离为7km，分别位于中国科学技术大学东校区和合肥市大蜀山东侧。研究团队首先在两节点间使用通信波段光子和专线光缆进行了量子纠缠态的远程分发。随后两节点分别执行本地的两比特量子门操作。中国科大节点采用掺铕硅酸钇晶体实现纠缠光子的存储，直到接收到大蜀山节点的测量结果，并根据这一结果执行相应的单比特门操作。
实验结果表明，固态量子存储器的纠缠存储时间达到80.3μs，相比前人工作提升近2倍，并且纠缠存储的时间模式数达1097个，使得非局域量子门的生成速率获得了线性的提升。基于非局域量子门，研究团队进一步操控，实现了量子算法的远程分布式执行。
量子存储技术是量子信息科学的一个重要分支，其市场化前景非常广阔，尤其是在量子通信、量子计算和量子测量等领域。
这项技术利用量子力学的原理来存储信息，设法将量子信息（如量子态）存储在某种物理系统中一段时间，以便后续使用。其特点是突破现有光纤通信的限制，高效、长距离地传输、存储和处理量子信息，并保持数据的完整性、安全性，为开发大规模量子计算机等应用提供至关重要的支持。
量子计算和量子通信技术的快速发展，对量子信息的有效存储需求日益增加。传统的数据存储方式无法满足量子信息的特殊性质。
量子信息具有叠加性和纠缠性，这些特性使得量子信息不能直接复制或转换成经典信息进行存储。因此，发展能够高效、稳定地存储量子信息的技术成为了研究的重点。
量子存储介质可以实现长达秒级的存储时间，这对于需要长时间保持量子状态的应用非常有价值。由于其可意实现高保真度的量子信息存储，这对于保持量子信息的完整性至关重要。时间域和频率域的多模存储能力，更是提供了更多的灵活性。
量子存储介质的研发涉及多种物理系统，目前主要的量子存储介质包括固态存储器、原子气体存储器和光路存储器等：
固态存储器，主要基于金刚石和稀土离子掺杂的固态晶体。例如，基于金刚石氮空位(NV)色心的核自旋相干时间已经达到秒量级。这类材料可以在室温下工作，且具有较长的相干时间，是目前研究较多的一种量子存储介质。
原子气体存储器，通过激光冷却技术将原子冷却到接近绝对零度，利用原子内部能级作为存储单元。这种方法可以实现较长的存储时间，但需要复杂的实验装置。
稀土离子掺杂晶体，通过在晶体中掺入特定的稀土元素，利用其电子能级来存储量子信息。这种介质可以实现较高的存储效率和较长的存储时间。
光路存储器，通过光子在光路中的传播来实现存储功能。
此外，某些超导电路的专门设计也可以用于量子信息的短期存储。
由于技术复杂，量子存储的实现成本偏高，加上对如温度、磁场等环境因素敏感，其存储时间受限，尤其是在室温条件下。因此，各研究机构面临如下共同挑战：提高量子存储的效率和稳定性，实现长时间特别是室温条件下的量子信息存储，降低量子存储系统的复杂性和成本，推动其实用化和商业化。
除了中国科学技术大学，国内清华大学在基于固态缺陷中心的量子存储技术上也有所突破，国盾量子在量子保密通信产品的研发、生产、销售及技术服务方面也取得了显著成果。美国国家标准与技术研究院(NIST)在超导量子比特的量子存储方面有深入研究，谷歌、IBM等公司在量子计算和量子通信领域进行的大量研究也取得了一系列突破性成果，欧洲量子技术旗舰计划作为涵盖了多个欧盟国家的研究机构，在量子存储材料和技术上有着广泛的合作和探索。
尽管量子存储技术仍处于早期发展阶段，但随着量子计算和量子通信技术的进步以及成本的降低，量子存储技术将在在未来几年内将逐渐成熟并实现快速增长，发挥越来越重要的作用，特别是在安全通信、数据加密等领域有望带来革命性的变化。
