我國(guó)學(xué)者研制成功多自由度復(fù)用的多功能固態(tài)量子存儲(chǔ)器

近期中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、周宗權(quán)等人成功研制出多自由度并行復(fù)用的固態(tài)量子存儲(chǔ)器，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)跨越三個(gè)自由度的復(fù)用量子存儲(chǔ)，并展示了時(shí)間和頻率自由度的任意光子脈沖操作功能。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然⋅通訊》日前發(fā)表了該成果。

由于光纖信道損耗問題，目前地面安全量子通信距離被限制在百公里量級(jí)。量子存儲(chǔ)器是未來遠(yuǎn)程量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件，以其為基礎(chǔ)的量子中繼方案可以有效克服信道損耗，拓展量子通信的工作距離。

近年來，李傳鋒研究組一直致力于基于稀土摻雜晶體的復(fù)用量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，他們?cè)?015年首次利用光子的空間自由度實(shí)現(xiàn)復(fù)用量子存儲(chǔ)，存儲(chǔ)維度數(shù)達(dá)到51維，實(shí)現(xiàn)該研究方向上的國(guó)際領(lǐng)先水平。近期，他們創(chuàng)新性地采用多自由度并行復(fù)用的存儲(chǔ)方案，選擇光子的時(shí)間、空間和頻率自由度進(jìn)行并行復(fù)用，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了跨越這三個(gè)自由度的復(fù)用量子存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中采用了2個(gè)時(shí)間模式、2個(gè)頻率模式、3個(gè)空間模式，總模式數(shù)達(dá)到12個(gè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所有這些操作過程中，光子攜帶的三維空間量子態(tài)都保持了約89%的保真度。

據(jù)介紹，這種提升量子存儲(chǔ)模式數(shù)的新方法，不僅將對(duì)研發(fā)量子網(wǎng)絡(luò)和量子優(yōu)盤具有重要價(jià)值，還有望在線性光學(xué)量子計(jì)算等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多的應(yīng)用。