安徽省量子网络重点实验室在中性原子量子纠缠网络领域取得重要进展。李传锋、王健等人利用单个中性原子直接制备了通讯C波段自旋-光子纠缠，实现了同类型量子发射器中的最高保真度并验证了贝尔非局域性。该工作将中性原子量子发射器的工作波长拓展到了光纤损耗最低的波段，为大规模量子网络的构建提供了新的技术路径。该成果以“Bell nonlocality with directly generated telecom-band spin–photon entanglement”为题于11月4日发表在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。

量子网络的建立及其相关的量子信息协议的实施，依赖于高质量的自旋-光子纠缠的制备和分发。由于量子态的不可克隆以及光信号在光纤中的指数损耗，大尺度、长距离的量子网络需要让携带信息的飞行光子处于损耗最低的通讯C波段。人们为此付出了诸多努力，其中量子频率转换技术能够建立量子发射器与该波段的连接，但存在转换效率受限以及额外噪声的问题。因此，直接工作在通讯C波段的量子发射器受到广泛关注。此前的尝试包括固体中的铒离子以及半导体量子点，其固有的相干性限制着纠缠保真度的提升以及量子信息协议的进一步实施。

针对这一问题，李传锋、王健研究组发挥了单个中性原子相干性好、操控手段成熟的优势，基于铷原子天然具有的通讯C波段光学跃迁（1530 nm），制备了高保真度的自旋-光子纠缠。借助光纤微腔辅助的原子态相干转移协议，研究组克服了通讯波段跃迁下能级不稳定的困难，实现了通讯光子偏振与原子基态自旋的纠缠；同时发展了态选择性受激拉曼跃迁技术，结合腔辅助超快荧光探测技术，用于对原子相干性与纠缠态进行高效表征。最终，所制备纠缠态的保真度超过91.4%，贝尔不等式违背达到2.455(77) > 2，以接近六个标准差的显著性验证了贝尔非局域性。

此外，该工作还分析了该方案在实验上进一步优化的可行性：通过腔增强提升通讯波段光子的辐射与收集效率，并提高原子操控与探测的保真度，可以大幅提升自旋-光子纠缠的制备效率和保真度；借助现有技术，还可实现多原子扩展以及基于里德堡态的本地两比特门操作等。

该工作首次实现了基于单个冷原子的通讯C波段量子发射器，基于此所展示的高保真度自旋-光子纠缠以及贝尔非局域性的验证，填补了通讯波段量子信息技术的关键环节，为实现基于中性原子的大尺度、长距离、多功能量子纠缠网络打下了基础。实验室黄冬郁博士后和王健副研究员为论文的共同第一作者。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委以及中国科学技术大学的支持。