我们以离子长相干时间和高保真量子操控为基础，发展离子阱与其他物理体系之间的量子接口。混合网络让不同节点承担适合自身的任务：离子执行精确的量子操作，固态存储器缓存光量子态，中性原子阵列提供另一种可扩展的处理平台。我们的研究从离子—光子纠缠出发，跨越体系间的波长、带宽与编码差异，走向跨体系协同的分布式量子计算。
长相干离子节点：连接本地操控与远程纠缠
离子节点需要在光子传输、存储和读出期间保持自旋相干，并能对保留在本地的量子比特进行高保真操作。我们围绕镱离子搭建高通光、模块化的实验平台，结合主被动磁屏蔽、微波操控与大数值孔径光子收集，使节点能够稳定运行并开展跨实验室联合测量。皮秒激光脉冲激发离子后，自发辐射将离子自旋与光子偏振联系起来。这一离子—光子纠缠资源把本地量子操控延伸到光学信道，是连接不同类型节点的起点。
保偏光子接口：从镱离子到铕掺杂晶体
镱离子发射的 369.5 nm 紫外光与铕掺杂硅酸钇晶体（Eu:YSO）的 580 nm 存储跃迁相隔很远。我们先在周期极化 MgO:LiTaO₃ 波导中实现紫外—可见光频率转换（Optics Express，2021），再发展保偏转换接口：以 1018 nm 长波长泵浦降低转换噪声，利用 Sagnac 环稳定偏振分量间的相对相位，并以离轴抛物面镜实现跨波段消色差耦合（Chinese Optics Letters，2026）。我们进一步在转换后的光子上验证了与离子保留的纠缠，使这一接口能够承载异构节点之间的量子关联。
实验链路由镱离子节点、保偏频率转换模块和 Eu:YSO 存储节点组成。两个实验室相距 75 m，由 90 m 单模光纤连接；经典通道协调两端的时序与联合测量。
跨实验室的离子—固态存储器纠缠
我们与周宗权教授团队合作，将离子节点与固态量子存储器连接成混合量子网络原型。转换后的光子到达存储器后，其量子态被写入晶体中的集体激发；基于 Stark 调制的原子频率梳协议，再用电脉冲选择离散的读出时刻。这一过程把离子—光子纠缠转化为离子与远端存储节点之间的纠缠。
在 1 μs 存储后，联合测量重构得到的纠缠态保真度为 89.2 ± 2.3%。基于成功光子探测事件的 CHSH 检验得到 S = 2.328 ± 0.054，高于经典界限约 6 个标准差。实验验证了量子关联能够跨越离子阱、频率转换、光纤传输和固态存储这一完整异构链路，为处理节点与存储节点协同工作提供了实验基础。
离子—存储器纠缠态的密度矩阵重构，分别对应 0.5 μs 和 1 μs 存储；虚线表示理想贝尔态。通过读出光子与离子自旋的联合测量，验证存储后的纠缠。
实验来源：王晨旭博士学位论文《基于离子阱和固态量子存储器的混合量子网络实验研究》（2026），第 4–6 章。
从异构纠缠走向协同量子计算
接下来，我们将结合腔增强光子收集、更高效率的频率转换与多模存储，提高异构纠缠的产生速率，并发展量子态传送和跨节点操作。在固态存储接口的基础上，我们还计划开发离子与中性原子之间的量子接口，将离子的长相干、高保真操作与中性原子阵列的可扩展性结合起来，探索由不同物理体系共同执行量子任务的分布式架构。