來自中國科大的消息顯示,近日,中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組在量子存儲領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,首次實(shí)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(dá)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(shí)間,它對實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)間是在光子寫入之前預(yù)先設(shè)定的,無法按需讀取。為實(shí)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(gè)電脈沖,利用斯塔克效應(yīng)實(shí)時(shí)操控稀土離子的演化從而控制存儲器的讀出時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)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(bào)》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(gè)實(shí)驗(yàn)很重要,因?yàn)橹翱杉晒虘B(tài)量子存儲的實(shí)驗(yàn)都局限于演示提前確定的讀取時(shí)間。)”;“這項(xiàng)工作是量子存儲領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒研究組,在固態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了目前世界上最高保真度的量子存儲器,保真度高達(dá)99.9%。
在實(shí)驗(yàn)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(jì),設(shè)計(jì)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(yàn)證該存儲器的保真度可達(dá)99.9%,遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了光子偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲,對進(jìn)一步提高量子通信網(wǎng)絡(luò)、分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)等元件的小型化和集成化具有重要意義。同時(shí),此超高保真度量子存儲可應(yīng)用于容錯(cuò)量子計(jì)算等具有苛刻要求的研究領(lǐng)域。
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