Дальнодействующая запутанность между квантовыми запоминающими устройствами является технической основой для построения квантового интернета и может найти применение в таких направлениях, как удаленная квантовая связь на основе квантовых ретрансляторов, распределенные квантовые вычисления и распределенное квантовое зондирование. Ключ к увеличению расстояния запутанности между запоминающими устройствами заключается в повышении вероятности установления запутанности. С этой целью команда на протяжении многих лет последовательно проводила исследования по установлению запутанности на основе интерференции одиночных фотонов, решив такие технические задачи, как фазовая стабилизация в длинных оптических волокнах, дистанционная синхронизация фаз независимых лазеров и высокоэффективное низкошумовое квантовое преобразование частоты. Для дальнейшего увеличения расстояния запутанности до нескольких сотен километров необходимо дополнительно снизить потери при передаче в канале и повысить долговременную стабильность фазовой синхронизации одиночных фотонов.

Исследовательская группа переключила длину волны квантового запоминающего устройства с 795 нанометров на 780 нанометров и заменила схему квантового преобразования частоты, что позволило сигнальным фотонам соответствовать окну сверхнизких потерь при передаче в оптическом волокне. В отношении фазовой синхронизации одиночных фотонов команда разработала технологию двухволновой трехчастотной фазовой синхронизации, сочетающую полновременной и раздельновременной режимы, что значительно повысило долговременную стабильность фазовой синхронизации фотонов в условиях сверхдлинных оптических волокон. Сочетая эти две новые технологии, исследователи провели эксперименты по установлению запутанности между двумя узлами на линиях оптического волокна различной протяженности. Эксперименты показали, что вплоть до 420 километров исходящие фотоны из двух холодноатомных квантовых запоминающих устройств сохраняют стабильную интерференцию одиночных фотонов, а квантовая запутанность между запоминающими устройствами была непосредственно подтверждена.

Исследователи отметили, что данная работа не только значительно увеличила расстояние запутанности между запоминающими устройствами, но и достигла важного прорыва в вероятности установления запутанности, позволив превысить теоретический предел прямого распределения квантовой запутанности на больших расстояниях (свыше 230 километров). Соответствующие технологии делают возможным построение квантовых сетей городского масштаба и проведение прикладных исследований.