通过扩展距离分离的量子记忆节点之间的分布量子纠缠1,4是实现量子网络的重要元素，可以实现从量子repeaters2,5和长距离安全通信6,7到分布式量子计算的潜在应用，以及分布式量子量子computing 8,9和分布式量子传感和分布式量子传感和计量学10,11。提出的体系结构需要量子节点，其中包含多个长寿命量子位，这些量子可以根据电信（电信）纤维或基于卫星的链接来收集，存储和过程信息。特别是，预示成功的光子到达事件和检测量子门错误的能力对于可扩展实现至关重要。随着光子和个体物质在自由空间中的相互作用弱相互作用。此外，纳米光系统为大规模制造和芯片电气和光学控制集成提供了一条途径17,18,19。几项实验表明，在中性原子20,21,22,23和被困的IOM24,25到半导体量子点26和氮气中的氮胶合中心的系统中，有远程纠缠的纠缠。最近，通过大都会纤维网络纠缠了两个原子整体记忆29,30,31。但是，现实世界中的应用需要将有效的光子耦合，长期示意的内存和多Qubit操作与实用的电信纤维网络结合在一起，这是一个重大的挑战。

　　在这里，我们报告了两个多量量子网络节点之间的两节点量子网络的实现，该节点是由钻石与纳米光腔耦合并与电信光纤网络集成的钻石中心（SIV）中心所构成的。结合到腔体的SIV已作为有前途的量子网络平台出现，已经演示了内存增强的量子通信32和鲁棒的多Qubit单节点操作33。我们通过在两个空间分离的SIV中心中的两个电子旋转之间的远程纠缠来扩展这些单节点实验，成功率最高为1 Hz。我们的方法使用串行的，预示的自旋门操作，并带有时间键量子尺，可用于牢固的分离节点的纠缠，并且不需要整个链路上的相位稳定性。我们进一步利用多Quib的能力来纠缠两个长寿命的核自旋，使用集成误差检测来增强纠缠延伸性和动态解耦序列，以将纠缠持续时间扩展到1 s。两种纠缠产生技术都依赖于SIV与纳米光腔的耦合所启用的强光 - 物质相互作用。为了使用我们的平台展示部署的量子网络的可行性，我们使用双向量子频率转换（QFC）将光子量子器的波长转换为电信波长。在最近的基础上，我们的平台与双向QFC34,35兼容，我们通过高达40 km的低损坏电信纤维的阀芯展示了远程纠缠。最后，我们将这些技术结合在一起，通过35公里长的纤维环，在波士顿地区城市环境中部署了17 dB的损失。

　　我们的量子网络节点由钻石中的SIV中心组成，该中心位于单独的稀释冰箱设置中，以单独的实验室（图1A）。通过选择性地将29SI同位素植入钻石底物中，每个SIV确定性地包含两个可寻址的自旋量子量：一种电子自旋用作通信量子量子，它们与巡回毒剂光子紧密相结合，以及一个长期存在的29SI核自旋，用作存储群体的存储量值。在外部施加的磁场下，Zeeman sublevels定义了电子自旋量子置态状态（|↓E，|↑E）和核自旋量子Qubit状态（|↓N，|↑N）（参考文献36,37）（图1B，左）。微波脉冲用于驱动电子自旋流动过渡，而射频脉冲可以驱动核自旋流动过渡33。SIV中心嵌入到纳米光子钻石腔中，从而增强了光与电子Spin12,38之间的相互作用。强的发射极 - 腔耦合的特征是节点A中的单光子协作为12.4，节点b为1.5（补充信息）导致电子旋转依赖性腔体反射14（图1B，右）。这可用于构建基于反射的自旋栅极（E –γ门），该栅极包含一系列快速的微波门，该序列在SIV的电子自旋和光子Qubits14之间产生纠缠。此外，利用SIV的电子自旋与29SI核自旋之间的强耦合，可以使用Photon -Nucleus纠缠（电话）门创建核 - 光子纠缠，如最近所示33所示。这两个节点通过长度A≈20m的光纤直接连接（图1A），或者通过以下讨论的电信纤维链路连接得多（图4A）。

　　我们使用串行网络配置在节点A和节点B中的电子旋转之间生成远程纠缠，该旋转由时键光子量子量子介导（图2A）。我们首先使用E –γ栅极在节点A和传入的时间键光子量子量子位之间生成纠缠的钟状状态（参考文献14）。在这里，并描述光子量子量子量子的早期和晚期箱中的存在，分别由ΔT= 142 ns隔开。所得的光子 - 电子钟状态可以描述为（方法）。之后，光子量子值在光纤上传播到节点B，其中第二个E –γ门将光子固定纠缠在节点B中的电子旋转。在理想的无损情况下，结果状态是三颗粒Greenberger-Horneberger-Horneberger-Horne-Horne-horne-Zeilinger（GHz）状态：

　　在这里，|±=（| e±| l）/√2描述了光子时间键量子值的两个正交叠加态，并描述了两个空间分离的电子旋转的最大纠缠铃状状态。使用TDI以预示电子钟状态的产生以|±基础测量光子量子置量。

　　请注意，类似于先前使用的单节点方案14，此方法对光子损失具有鲁棒性，因为缺少的先驱事件可以检测到光子的任何损失。此外，我们的串行方案的主要优点是光子Qubit的早期和后期垃圾箱都穿过相同的路径，因此不需要相位或极化锁定即可保证TDI处的高干扰对比度。与单光子方案相比，这放宽了对系统稳定性的要求，该方案通常需要对两个稳定路径进行的两个发射光子进行干涉测量23,26,28,31，并避免了通常以两光孔方案中存在的纠缠率降低。此外，可以通过连接两个以上的节点或在多个节点之间使用开关网络来生成成对连接性来实现将网络节点的数量扩展到两个以上。

　　由于腔耦合29siv中心的光学过渡频率的不均匀分布约为±50 GHz，左右为406.640 THz（737.2 nm），请参见参见。40和方法，必须连贯桥接节点之间的频率差。例如，对于这项工作中使用的节点B，SIV的光频率ωb从节点A（ωa）的ΔΩ= 13 GHz中解谐。为了解决这个问题，我们在频率ωa处准备光子量子置量，然后在使用电频率移动或通过双向QFC34,35与SIV相互作用后，将其频率相干地转移ΔΩ。

　　为了证明网络操作的基本原理，我们首先关注由长度A≈20m的光纤直接连接的节点，并使用电流频率变化（有关更多详细信息，请参见方法）。上述方案使用弱相干状态（WC，平均光子数μ= 0.017）应用于编码时间键码头。在TDI测量预示着钟形态的产生后，单粒旋转以及随后在每个节点处的电子自旋的读数实现了相关的测量，我们分别将其缩写为xx，yy和zz。图2b显示了相关测量结果，从中我们从中提取了相对于最大纠缠的铃铛状态（如果测得的tdi | - ）和（如果TDI测量|+），则从中提取所得的电子 - 电子状态的保真度，并明确地证明了两个节点之间的纠缠。观察到的忠诚度差异是因为与两个腔耦合SIV的不完善反射对比有关的一种不忠。即使电子自旋处于低反射率|↓E状态，这也会导致光子量子量子的反射。对于我们的系统配置，这种类型的错误优先累积了状态，这就是为什么始终低于（补充信息）的原因。更多的误差源包括从2-或更高的光子数量fock状态的WC的贡献。通过改变WC中的平均光子数μ，我们可以以降低生成状态的保真度的成本来提高纠缠率。我们探索了图2C中的这种权衡，其中我们表明我们能够在维持纠缠的同时以1 Hz的成功率操作。

　　扩展到较大距离的远程纠缠需要足够长的能力保存纠缠的能力，以便可以将节点B处获得的前进信号经典地传递到节点A。节点A和B中电子旋转的相干时间为125μs和134μs。假设使用电信带中的光纤经典通信，电子旋转的脱碳将限制节点之间的距离至约25 km。为了克服这一限制，我们证明了两个29SI核之间的遥远纠缠产生，它们是长期寿命的量子记忆，存储时间超过2 s（参考文献33）。类似于电子 - 电子纠缠的产生，远程核纠缠是由光子时间固定量子Q介导的（图3A）。因此，远程纠缠生成序列的第一步是在节点A中产生纠缠。在节点A处的29si核旋转，这是使用最近展示的电话门实现的，该手机仅使用微波脉冲直接与光子Qubit直接纠缠29si核旋转（请参阅Ref。33和方法，无需使用Electon noton noton of ElectOn to noton to noton noton to noton noton to noton to noton to noton to noton to noton to noton to noton。在节点A和光子值的SIV上应用电话门后，在理想的限制下，它们的量子状态为

　　这意味着，除非发生微波门误差，否则电子自旋与核自旋脱离，并且处于状态。因此，电子自旋可以用作标志量子量表，以在测量电子自旋时丢弃测量方法来执行误差检测。通过在节点B的29SI核自旋和时键量子值之间执行第二个电话门，并随后在|±基础上测量光子时间络合物量子矩阵，可以创建核钟状状态。纠缠产生之后，我们在两个核上执行XY8型去耦序列，以保护核 - 核钟状态免受准静态环境引起的偏聚性。图3B显示了使用XY8-1去耦序列，总核自旋解耦时间为10 ms的概率相关性。通过丢弃在|↑e状态测量电子标志Qubit的测量值的测量值之后，Bell-State Fidelity IS IS，这是从没有误差检测的直接测量值的改进。与类似，由于反射对比不完善（补充信息），生成的状态会累积错误。图3C显示了钟形的保真度，用于更长的总核去耦时间。通过执行XY8-128的去耦序列，可以将纠缠可保留在500毫秒内，而误差检测的应用将其进一步扩展到1 s。

　　SIV（737 nm）的共振波长处的光经历高达4 dB km-1的高纤维损失，这限制了该波长处的远程纠缠分布范围。为了使我们的量子网络与使用低损坏光纤的现有经典通信基础架构兼容，我们使用双向QFC往返电信O波段（图4A）；请参阅方法。在737 nm处的光子量子位从节点A的SIV中反射出来后，用1,623 nm灯泵送的纤维耦合PPLN波导将光子焦距的波长转换为1,350 nm（参考文献34）。该频率在于电信O波段，并且在常规电信单模光纤中显示出低衰减（<0.3 dB km-1）。下调后，光子量子量子通过各个长度的电信纤维发送，然后第二个PPLN将光子量子置换量转换为737 nm。这种双向频率转换允许直接桥接两个SIV的频率差ΔΩ：泵激光器的上转换设置的频率被ΔΩ从下调泵激光器的频率中抵消。双向QFC的总效率（包括最终过滤器腔）为5.4％，而节点B的超导纳米线单光子检测器（SNSPD）的噪声计数为2.5 Hz。

　　使用此频率转换方案以及上述纠缠方法（图3A），我们将两个29si核通过低损耗电信纤维长达40 km的阀芯进行遥远（图4B）。对于未来的中继器节点应用程序的应用程序的应用程序应用程序，类似于太空的分离量子网络节点，重要的是，纠缠持续存在，直到所有节点都收到经典的先驱信号为止。为了解决这一效果，我们在执行铃铛状态测量之前，在总持续时间为10 ms的XY8-1取消序列。对于L = 40 km的最大纤维长度的经典信号行进时间ΔT（l）≈200μs，脱钩持续时间远大得多。因此，对于测得的纤维距离，钟形甲状化的破坏不影响所测得的铃铛储蓄率。取而代之的是，我们发现SNSPD黑暗计数和电信转换噪声光子很好地描述了核 - 核纠缠保真度的纤维距离依赖性，从而降低了高光纤衰减处的信噪比（图4B中的实线）。

　　在实践环境中，大规模量子网络可以从现有的纤维基础设施中受益匪浅，以允许长距离纠缠分布。部署的纤维会增加噪声和多余的损失，以及相位和极化漂移34,35。我们证明了我们的系统与常规的纤维基础设施兼容，并且通过通过在波士顿地区城市环境中部署的35公里电信纤维循环产生核纠缠来抵御这些误差源（图4D）。在此波长下，环路中的总测量损失（1,350 nm为1,350 nm）超过了11 dB的标称纤维衰减，这表明已部署环境的额外损失典型。由于上转换PPLN的输入极化需要与晶体的偶极矩保持一致，因此部署纤维引入的极化漂移被积极补偿，以防止转化效率损失（方法）。使用部署的链接，我们以（图4C）的保真度生成纠缠，并在现实的光纤环境中演示了量子网络性能。

　　我们的实验展示了使用基于SIV的集成纳米光子平台构建大规模部署网络的关键成分。他们为探索各种量子网络应用的机会开放，范围从分布式盲量子计算41和非本地传感，干涉法和时钟网络10,42到复杂的光子群集状态43的产生。扩展到使用部署光纤的真实空间样节点之间的纠缠分布仅需要相对较小的实验修改，并且不受量子节点的性能（补充信息）的限制。纠缠生成的成功率目前受到双向QFC的损失的限制，可以通过将模式匹配到PPLN和过滤设置的效率来最小化。此外，通过使用两阶段QFC至1,550 nm（参考文献45），纤维内衰减可以进一步降低至0.2 dB km-1。WC的使用还降低了成功率和忠诚度，可以通过使用基于SIV的单光子源46结合纳米光腔的主动应变调谐，以避免使用纳米光腔的活性应变调谐为波长匹配40,47。最近证明的低温包装技术可以改善纤维网络与纳米光腔之间的有效耦合48，而中继器节点的冷却要求可以通过SIVS49的确定性过滤来减轻中继器节点的冷却要求。通过与先前证明的纳米光腔合作的合作性更高的纳米腔32，可以改善纠缠忠诚度。实施上述改进，可以实现约0.95的电子 - 电子纠缠忠诚度，成功率约为100 Hz（补充信息）。最后，通过解决弱耦合13c spins50，可以增加可访问量子的数量， 允许更灵活的多节点网络配置。将这些进步与创建芯片上制造的大量空腔QED系统的潜在能力相结合，这种方法最终会导致大规模，可部署的量子网络系统。