实现具有超千次量子比特操作的可编程多用途光子量子存储器

量子网络可实现分布式量子计算、远距离量子通信以及基于网络的量子传感等多种前所未有的应用。量子网络最重要的构建模块之一是光子量子存储器，其作为通信信道与本地功能单元间的接口。能够处理大量飞行量子比特并满足量子网络中多种核心功能需求的可编程量子存储器仍有待实现。本文报道一种高性能量子存储器，其可同时存储由 144 个空间分离原子系综承载的 72 个光量子比特，并支持以随机存取方式多达一千次连续写或读操作，较此前纪录大两个数量级。得益于内置可编程性，该量子存储器可按需适配多种功能。作为示例应用，我们实现了与经典信息处理对应设备极为相似的量子的队列、栈与缓冲器。我们进一步通过存储器演示了 4 对光子脉冲纠缠对的同步与重排，这些脉冲具有概率到达时间与任意释放顺序，这是实现量子中继器及量子网络中高效路由的基本需求。该多用途可编程量子存储器的实现因而构成了未来大规模全功能量子网络的关键使能构建模块。