中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及同事包小輝、江曉等在國際上首次實現(xiàn)了不同顏色獨立光子間的量子糾纏，解決了量子網(wǎng)絡(luò)中如何在不同頻率終端間進行糾纏連接這一難題。

量子糾纏是量子信息科學(xué)中的重要資源。以往實驗上有很多方法可產(chǎn)生糾纏光子，如利用非線性晶體內(nèi)的參量下轉(zhuǎn)化過程、原子體系內(nèi)的四波混頻過程等。不過通過這些方法只能局域地產(chǎn)生光子間的量子糾纏。然而在量子網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中需要將來自不同光源的獨立光子糾纏起來，進而實現(xiàn)多個終端間的糾纏連接。

目前雙光子干涉是實現(xiàn)獨立光子間量子糾纏的最主要方法。不過雙光子干涉對入射光子有著非常嚴格的要求，即只有當兩個光子具有同樣的顏色（頻率）時，才可以通過雙光子干涉來產(chǎn)生量子糾纏。然而在量子網(wǎng)絡(luò)中很多原因會導(dǎo)致不同終端發(fā)射的單光子具有不同的顏色，比如在量子點等人工物理體系中，每個量子點所處的環(huán)境因具有微小差別就會導(dǎo)致不同量子點的發(fā)光頻率具有較大的差異。此外，即使原本頻率一致的單光子也會由于平臺（星載或機載終端等）的高速運動導(dǎo)致其頻率發(fā)生移動。因此，如何在不同頻率的獨立光子間建立量子糾纏成為了可升級量子網(wǎng)絡(luò)進一步發(fā)展所急需解決的關(guān)鍵問題之一。

潘建偉小組在此研究工作中首次提出可采用時間分辨測量與主動相位反饋相結(jié)合的方法來實現(xiàn)不同頻率光子間的量子糾纏，并利用該小組近年來發(fā)展的窄帶量子光源平臺對此理論方案進行了實驗演示。他們通過研究發(fā)現(xiàn)，入射光子間的頻率差異會導(dǎo)致不同時間探測到的光子對具有不同的隨機相位，進而導(dǎo)致兩個單光子無法糾纏起來。為此，他們發(fā)展一套高精度的時間分辨探測系統(tǒng)及高速相位反饋系統(tǒng)。時間分辨探測系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對光子到達時間的精確測量，進而對隨機相位漲落進行跟蹤測量；高速相位反饋系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對糾纏光子態(tài)的內(nèi)部隨機相位進行反饋控制。

通過采取這些技術(shù)手段，潘建偉小組成功地實現(xiàn)了將頻率相差為80MHz的兩個獨立光子糾纏起來，該頻率差別超過了每個入射光子各自頻率寬度的16倍之多。這一研究成果將在未來可升級量子網(wǎng)絡(luò)中有重要應(yīng)用，可用于解決不同量子點間、不同NV色心間、以及不同物理體系間等因具有不同的躍遷頻率而難以進行糾纏連接的困難。