量子网络是应用量子信息和检验量子理论的重要平台。目前，人们已经证明基于非线性和频（SFG）方法的贝尔态测量可以实现无需进行后选择、确定性的量子纠缠交换。此外，已经通过实验证明了单光子在通信波长之间SFG，并且在理论上可以获得保真度大于90％的可见光范围内的一对预报纠缠光子。然而，基于SFG过程生成的可见光波长的纠缠光子对不能用于光纤的量子网络，并且通信用户的数量也仅限于两个用户。

为此，我们提出了一种基于纠缠交换的密集波分复用（DWDM）量子网络，其中单光子源将通信波长中的N个量子态（N/2个纠缠态）分配给N个远距离用户，每个用户只操纵一个特定频率的光子。通过基于SFG的贝尔态测量，所有远方的用户都处于完全连接的图中，如图1所示。

图1：基于量子纠缠交换的DWDM量子网络

在我们的实验中，我们通过使用产生的单光子源证明了提出的多用户网络的可行性。我们将产生的单光子源的频谱分为四个国际电信联盟（ITU）通道分别分发给四个用户。根据DWDM建立的光子频率相关性，两组量子纠缠态被分发给了这四个用户。基于任意两个非纠缠光子之间的SFG，我们可以建立其他两个独立光子之间的纠缠。

我们的实验结果表明产生的纠缠态的保真度均大于90%，保真度大小仅取决于传输距离，与用户数量多少无关，这使得我们的网络适合构建大规模量子网络。此外，我们的网络可以实现200公里以上的纠缠分发。由于我们量子网络的可扩展性，它可以用于真实的量子系统，例如点对点量子直接通信。

该成果于2019年12月20日以题为 “Multiuser time-energy entanglement swapping based on dense wavelength division multiplexed and sum-frequency generation”发表在Physical Review letters。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.250505