我國學者研制成功多自由度復用的多功能固態(tài)量子存儲器

近期中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊的李傳鋒、周宗權(quán)等人成功研制出多自由度并行復用的固態(tài)量子存儲器，在國際上首次實現(xiàn)跨越三個自由度的復用量子存儲，并展示了時間和頻率自由度的任意光子脈沖操作功能。國際權(quán)威學術(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。量子存儲器是未來遠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用量子存儲實驗研究，他們曾在2015年首次利用光子的空間自由度實現(xiàn)復用量子存儲，存儲維度數(shù)達到51維，實現(xiàn)該研究方向上的國際領(lǐng)先水平。近期，他們創(chuàng)新性地采用多自由度并行復用的存儲方案，選擇光子的時間、空間和頻率自由度進行并行復用，在國際上率先實現(xiàn)了跨越這三個自由度的復用量子存儲。實驗中采用了2個時間模式、2個頻率模式、3個空間模式，總模式數(shù)達到12個。實驗結(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，這種提升量子存儲模式數(shù)的新方法，不僅將對研發(fā)量子網(wǎng)絡(luò)和量子優(yōu)盤具有重要價值，還有望在線性光學量子計算等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多的應用。