德国马克斯·普朗克量子光学研究所的科学家近日实现了世界上第一个基于众多单个原子和光子的初级量子网络原型，实现了节点间量子信息的可逆交换和两个节点间的长达100微秒的远程纠缠。该网络由两个耦合单原子节点构成，通过单光子的相干交流进行量子信息通信。该方法扩展性良好，因此是一种比较有前景的量子网络方法。

人们日常的沟通都是基于先进的网络，数据在不同节点之间以接近光速的速度传送。建立相应的量子信息交换网络是一个挑战，其先决条件是实现固定节点间量子信息的可逆交换。

量子信息极其脆弱且不能被复制。为了防止篡改和信息丢失，有必要对所有量子网络部件进行完全控制。量子信息中，一个单原子是固定的最小内存，一个单光子代表了一个管理者。然而，原子和光子之间信息的高效传输需要在这两者之间建立起稳固的连接，而原子在自由空间中无法实现这一要求。

该工作的成功之处在于通过光学腔放大原子和光子的相互作用，使接收原子能够高效地吸收光子相干，并通过微调激光束，实现了原子的捕获。接着，研究人员实现了对光学腔中原子发射单光子的控制，证明了单原子腔系统是一个可在单光子中存储编码信息并且信息能够在经过一定存储时间后被传递到第二个单光子上的完美接口。

这一工作具有里程碑式意义，实现了量子信息在两个系统间高效精确的传输。这两个系统的每个“网络节点”被放置在相隔21米的两个实验室中，通过60长的光纤连接。

该工作的另一个重要成果在于实现了两个节点间的“量子力学纠缠”。为了实现两个网络节点间的纠缠，由原子A发射的单个光子的偏振会与原子量子态纠缠。一旦光子被吸收，这一纠缠就被转移到原子B上。事实上，这是第一次在相隔较远的大量粒子间建立纠缠态，是世界上“最大”的大规模粒子的量子系统。