中國科大量子存儲領(lǐng)域重要進展：按需式讀取可集成固態(tài)量子存儲器

1月1日消息（余予）來自中國科大的消息顯示，近日，中國科大郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組在量子存儲領(lǐng)域取得重要進展，首次實現(xiàn)了按需式讀取的可集成固態(tài)量子存儲器，存儲保真度達到99.3%±0.2%。該結(jié)果接近研究組2012年在塊狀晶體中創(chuàng)下的量子存儲保真度的最高紀(jì)錄（99.9%，PRL108, 190505）。

量子存儲器是構(gòu)建大尺度量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件，基于量子存儲器的量子中繼或量子U盤可以有效地克服信道損耗，拓展量子網(wǎng)絡(luò)的工作距離；按需式讀取則是指光子寫入存儲器以后再根據(jù)需求決定讀出的時間，它對實現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)中的同步操作等功能至關(guān)重要。

量子存儲器方面，李傳鋒、周宗權(quán)研究組長期致力于基于稀土摻雜晶體的固態(tài)量子存儲器的實驗研究。為提升量子存儲器的存儲容量，滿足規(guī)模化應(yīng)用的需求，近年來發(fā)展了激光直寫技術(shù)，在稀土摻雜晶體上制備可集成量子存儲器。

對于按需讀取，目前國際上已有的可集成固態(tài)量子存儲器都是基于簡單的原子頻率梳方案，其讀出時間是在光子寫入之前預(yù)先設(shè)定的，無法按需讀取。為實現(xiàn)按需式讀取，研究組采用電場調(diào)制的原子頻率梳方案，通過引入兩個電脈沖，利用斯塔克效應(yīng)實時操控稀土離子的演化從而控制存儲器的讀出時間。

實驗光路圖和顯微鏡下集成量子存儲器照片

該成果12月28日發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上，其對大容量量子存儲和構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)均有重要意義。審稿人稱，“這個實驗很重要，因為之前可集成固態(tài)量子存儲的實驗都局限于演示提前確定的讀取時間。)”；“這項工作是量子存儲領(lǐng)域的一個重要進展，并將引起科學(xué)界的廣泛興趣。”

文章的共同第一作者是中科院量子信息重點實驗室的研究生劉超和朱天翔。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、安徽省以及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會的資助。

附：

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組，在固態(tài)系統(tǒng)中實現(xiàn)了目前世界上最高保真度的量子存儲器，保真度高達99.9%。

在實驗中，他們摒棄了傳統(tǒng)的固態(tài)量子存儲方案中使用的共線式光路設(shè)計，設(shè)計出了交叉式光路，使得預(yù)處理用的泵浦光與待存儲的光不再重合，從而降低了泵浦光帶來的噪聲，極大地提高了存儲器的保真度。他們利用量子過程層析技術(shù)分析驗證該存儲器的保真度可達99.9%，遠高于此前單光子偏振存儲95%的最高保真度，是當(dāng)前國際上各種量子存儲器中保真度最高的。審稿人稱贊說：“本工作新穎地解決了在固態(tài)器件中存儲偏振比特的重要問題”。

該研究首次實現(xiàn)了光子偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲，對進一步提高量子通信網(wǎng)絡(luò)、分布式量子計算網(wǎng)絡(luò)等元件的小型化和集成化具有重要意義。同時，此超高保真度量子存儲可應(yīng)用于容錯量子計算等具有苛刻要求的研究領(lǐng)域。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.260504（12/28）

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