开展了基于空间多模量子记忆的纠缠交换研究，研究工作发表在 Optica 12, 274-280 (2025) 上。量子中继的基本链路（links）间的纠缠交换对建立量子网络是至关重要的。到目前为止，人们实验上演示了纠缠光子对之间，纠缠的离子间，超导qubits，NV色心间的纠缠交换。Kimble 研究组进行了两个原子系综量子记忆纠缠对的纠缠交换，他们基于单光子干涉方案进行该实验，然而，由于较大的量子记忆退相干，该研究组未探测到交换后的纠缠。本实验室采用倍增的Duan-Lukin-Cirac-Zoller量子记忆，成功演示了原子系综间的纠缠交换。实验上，在一个冷原子系综中，我们产生了多空间模式的自旋波-光子量子关联对。然后，通过单光子测量，我们制备两个自旋波纠缠对。再通过读出光场的单光子测量，我们投影剩余的两量子记忆模式成为纠缠态，测得其concurrence C=0.0124_0.0030，成功观测到了纠缠交换。

基于倍增（多模）量子存储实验实现了可预报纠缠的产生.

我们采用环形光学腔（精细度∼16）增强光与原子相互作用，实现了时间多模量子记忆读出效率的有效提高。为了近一步提高纠缠保真度，我们采用高效滤波器近一步抑制背景噪声对读出光场的信号的影响。在此基础上，我们开展了可预报多模原子记忆量子纠缠分布的实验研究。我们将一个包含N=12个不同方向的写激光脉冲序列作用在原子系综上，由DLCZ过程产生Stokes光场。用偏振干涉仪收集沿两个方向辐射的Stokes光场，偏振干涉仪中的BD元件将两方向的光场合成一个空间模式，该空间模包含H和V偏振分量，我们进一步将该Stokes空间模耦合到光学腔模。通过光学腔的一个部分反射镜OC将该腔模输出，腔输出的Stokes场两个偏振分量分别进入两个光学通道，再经一个50-50%的光学镜耦合，其中一个耦合场被单光子探测器进行Bell探测, 实验装置如下图所示。

实验中，一个单光子探测事件将投影两自旋波记忆成纠缠态。该原子记忆纠缠态可被找回成读出光场纠缠态。实验测得本质读出效率达到了70%，同时测量了纠缠度（concurrence，C）随时间多模的关系式，当时间多模为8，总模式数为2x8=16时，测得Visibility=84%，原子记忆纠缠C=0.05，根据F=(1+V)/2可估算出纠缠保真度F=92%。该工作发表在了Laser & Photonics Reviews, 18, 2300825 (2024)上。