冷原子集团作为分布式单原子阵列的量子天线

单中性原子在光细针阵列中提供了一个实现高保真量子计算的局部节点的可行平台。然而，由于原子-光耦合天然较弱，构建远程节点之间的纠缠仍然具有挑战性。本文设计了一种分布式量子网络架构，其中具有强原子-光相互作用的冷原子集团充当量子天线，作为单原子量子比特与飞行光子之间的接口，实现高效的原子-光子纠缠生成——类比经典通信中天线的作用。使用真实的实验参数，我们估算生成原子-光子纠缠的效率为 $\eta \simeq 0.548$，生成原子-原子纠缠的概率为 $P_{E} \simeq 6 \%$，远程纠缠生成速率为 $16.6$ kHz。该性能不仅超过了基于腔体或高数值孔径透镜的当前体系结构，还在简单性、可调性和实验可达性方面提供了显著优势。我们的方案还集成了长寿命量子存储器，为量子中继器设计提供了存储优势。通过利用单原子量子比特进行局部操作而冷原子集团进行网络通信的互补优势，本方法为可扩展的分布式量子计算和感应提供了路径。