中国科大量子存储领域重要进展:按需式读取可集成固态量子存储器问世

2021/1/1 13:06:41 来源:C114中国通信网 作者:余予 责编:懒猫

1 月 1 日消息 来自中国科大的消息显示,近日,中国科大郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组在量子存储领域取得重要进展,首次实现了按需式读取的可集成固态量子存储器,存储保真度达到 99.3%±0.2%。该结果接近研究组 2012 年在块状晶体中创下的量子存储保真度的最高纪录(99.9%,PRL108, 190505)。

量子存储器是构建大尺度量子网络的核心器件,基于量子存储器的量子中继或量子 U 盘可以有效地克服信道损耗,拓展量子网络的工作距离;按需式读取则是指光子写入存储器以后再根据需求决定读出的时间,它对实现量子网络中的同步操作等功能至关重要。

量子存储器方面,李传锋、周宗权研究组长期致力于基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器的实验研究。为提升量子存储器的存储容量,满足规模化应用的需求,近年来发展了激光直写技术,在稀土掺杂晶体上制备可集成量子存储器。

对于按需读取,目前国际上已有的可集成固态量子存储器都是基于简单的原子频率梳方案,其读出时间是在光子写入之前预先设定的,无法按需读取。为实现按需式读取,研究组采用电场调制的原子频率梳方案,通过引入两个电脉冲,利用斯塔克效应实时操控稀土离子的演化从而控制存储器的读出时间。

实验光路图和显微镜下集成量子存储器照片

该成果 12 月 28 日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上,其对大容量量子存储和构建量子网络均有重要意义。审稿人称,“这个实验很重要,因为之前可集成固态量子存储的实验都局限于演示提前确定的读取时间。”;“这项工作是量子存储领域的一个重要进展,并将引起科学界的广泛兴趣。”

文章的共同第一作者是中科院量子信息重点实验室的研究生刘超和朱天翔。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省以及中国科学院青年创新促进会的资助。

附:

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组,在固态系统中实现了目前世界上最高保真度的量子存储器,保真度高达 99.9%。

在实验中,他们摒弃了传统的固态量子存储方案中使用的共线式光路设计,设计出了交叉式光路,使得预处理用的泵浦光与待存储的光不再重合,从而降低了泵浦光带来的噪声,极大地提高了存储器的保真度。他们利用量子过程层析技术分析验证该存储器的保真度可达 99.9%,远高于此前单光子偏振存储 95% 的最高保真度,是当前国际上各种量子存储器中保真度最高的。审稿人称赞说:“本工作新颖地解决了在固态器件中存储偏振比特的重要问题”。

该研究首次实现了光子偏振态的固态量子存储,对进一步提高量子通信网络、分布式量子计算网络等元件的小型化和集成化具有重要意义。同时,此超高保真度量子存储可应用于容错量子计算等具有苛刻要求的研究领域。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.260504(12/28)

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关键词:量子

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