清華大學(xué)研究團隊實現(xiàn)微波頻段的按需存取量子存儲器

7月13日消息（余予）來自清華大學(xué)的消息顯示，近日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明研究組在量子存儲領(lǐng)域取得重要進展，其首次在實驗中借助對多諧振器系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)控實現(xiàn)了對單光子水平微波脈沖的保相存儲和讀取，并利用此方法展示了對時分編碼量子比特（time-bin qubit）的按需存取。

據(jù)了解，量子存儲器是構(gòu)建長程量子通信和大規(guī)模量子計算系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)工作頻段主要分為光量子存儲器和微波量子存儲器兩類。

其中，基于固體系統(tǒng)和冷原子系綜的光量子存儲器已經(jīng)實現(xiàn)了對多種光子量子態(tài)的高效、高保真度存儲，有望在長程量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用；微波量子存儲器主要工作在超導(dǎo)量子比特的特征頻段，全功能性的微波存儲器是馮諾依曼架構(gòu)下超導(dǎo)量子計算系統(tǒng)的必備模塊，如何借助微波量子存儲器實現(xiàn)“飛行量子比特”（flying qubit）與靜態(tài)量子比特的高效轉(zhuǎn)換是該領(lǐng)域的一個研究熱點。

實驗過程中，研究人員將超導(dǎo)量子干涉器（SQUID）作為可控電感嵌入共平面波導(dǎo)諧振腔構(gòu)建出可快速調(diào)頻的微波諧振器，通過對每個超導(dǎo)量子干涉器磁通量的精確調(diào)控，實現(xiàn)了一個可快速收展的頻率梳結(jié)構(gòu)；通過對頻率梳在不同階段的動態(tài)調(diào)頻，實現(xiàn)了對帶寬10MHz~55MHz的單光子水平弱相干態(tài)微波光子的可控存入和讀取。

實驗系統(tǒng)示意圖

除此之外，頻率梳的存儲過程具有很高的相位保真度并且可同時存儲多個模式的脈沖光子，基于此，研究人員實現(xiàn)了對一個時分編碼飛行量子比特的按需存取。

該器件結(jié)構(gòu)類似一個原子頻率梳，將諧振腔作為人工原子提供了更多的設(shè)計和調(diào)控自由度，并且能夠兼容超導(dǎo)量子計算芯片工藝和結(jié)構(gòu)，易于集成，對于發(fā)展含存儲模塊的超導(dǎo)量子計算系統(tǒng)有重要價值。

微波量子存儲器對單光子水平微波脈沖信號的按需存取

該成果于近日在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上發(fā)表。論文第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院博士生鮑增暉，通訊作者為段路明教授和張宏毅助理研究員，其他作者包括交叉信息研究院博士生王志凌、李嚴、馬程，博士后吳宇愷以及宋祎璞研究員，該項目得到了國家自然科學(xué)基金（項目編號11874235）、國家重點研發(fā)計劃（項目編號2016YFA0301902）、教育部量子信息前沿科學(xué)中心、清華大學(xué)科研啟動項目、清華大學(xué)水木學(xué)者計劃和博士后國際交流計劃引進項目的資助與支持。

論文鏈接：http://m.ygpos.cn/uploadfile/2021/0713/20210713141004328G.010503

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