量子网络一直是量子信息领域中的研究热点。光子或者光束作为量子信息的良好载体，原子系综作为量子信息存储的有利备选，都吸引了越来越多的关注。使用这两者来构建量子网络的关键是制备出匹配原子系综原子跃迁频率的多组份量子纠缠态。近期实验室荆杰泰教授研究小组基于原子蒸汽中四波混频过程中的空间复用概念，提出了两种制备多组份纠缠态的理论方案，并且开展了相关实验研究。

       如图1所示，该系统通过将一个四波混频过程产生的孪生光束注入第二个原子蒸汽中，形成单泵浦光多注入光的结构，以此触发两个四波混频过程，从而形成四组份纠缠。利用高斯态的图算法，在某些特定的增益下，可以证明产生的四组份纠缠态是H-graph态，并且生成的态在增益较大的情况下，经过适当的操作，可以对应于一个簇态。此外，对系统内多组份量子纠缠的在不同增益下的定量研究揭示了该系统内部的纠缠结构（如图2所示）。

       在上述对称系统中我们分析了多组份量子纠缠以及内部的纠缠结构，但是由于纠缠这样的对称性质使得系统中每束光的等级性质变得难以分析。在一个非对称系统中，可以通过研究“量子导引”这一非对称现象来揭示系统中光的等级性质。“量子导引”首先是由薛定谔针对爱因斯坦的“EPR”佯谬而提出的一个概念，他指出对于两个相互纠缠的系统，对其中一个进行测量，可以得到另外一个系统的信息，即对一个系统进行的操作可以“导引”另一个系统，且该过程可以是单向的。

    如图3所示的非对称系统被证明可以产生真正的三组份量子导引。后续有关二组份量子导引的研究，证明了该系统产生的光具有等级性。等级性质如图4所示。该理论分析为实验实现三组份量子导引铺平了道路。相关的工作近期发表在Opt. Express 25, 17457 (2017)。此外，最近我们利用四波混频中的空间复用技术在实验上观察到了环环结构光束的多模量子关联，相关结果近期发表在Appl. Phys. Lett. 110, 241103(2017)、Phy. Rev. A 96, 043873 (2017)。

图1对称级联四波混频系统。

图2四组份内部纠缠结构。

图3非对称级联四波混频系统。

图 4 二组份量子导引 O ̂_1可以一直导引O ̂_和O ̂_3, O ̂_2和O ̂_3导引O ̂_1的条件互斥。