多自由度并行復用的固態(tài)量子存儲器面世
記者從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權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(shí)現跨越3個(gè)自由度的復用量子存儲，并展示了時(shí)間和頻率自由度的任意光子脈沖操作功能。該成果近日發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上。
由于不可克服的光纖信道損耗，目前地面安全量子通信距離被限制在百公里量級?；诹孔哟鎯ζ鞯牧孔又欣^方案可以有效克服信道損耗從而拓展量子通信的工作距離，所以量子存儲器是未來(lái)長(cháng)程量子通信和量子網(wǎng)絡(luò )的核心器件。而對量子存儲器，由于具有量子相干性，其一個(gè)存儲單元可以一次性存儲大量的量子比特，這就是復用的概念。原則上對量子存儲器的各個(gè)自由度都可以進(jìn)行復用。
為了進(jìn)一步提升量子存儲器的復用能力，研究組創(chuàng )新性地采用多自由度并行復用的存儲方案。比如在第一個(gè)自由度有M個(gè)存儲模式，第二個(gè)自由度有N個(gè)模式，第三個(gè)自由度有P個(gè)模式，則量子存儲器的總復用模式數為各個(gè)自由度模式數的乘積，即M×N×P。研究組選擇光子的時(shí)間、空間和頻率自由度進(jìn)行并行復用，在國際上率先實(shí)現了這3個(gè)自由度的復用量子存儲。實(shí)驗中采用了2個(gè)時(shí)間模式、2個(gè)頻率模式、3個(gè)空間模式，總模式數達到2×2×3=12個(gè)，實(shí)驗結果展示了多自由度并行復用量子存儲的可行性。
研究組還進(jìn)一步證明他們的存儲器可以在時(shí)間和頻率自由度實(shí)現任意脈沖操作，代表性的操作包括脈沖排序、分束、分頻、異頻光子合束和窄帶濾波等。實(shí)驗結果表明，在所有這些操作過(guò)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。該成果還有望在線(xiàn)性光學(xué)量子計算等領(lǐng)域取得更多的應用。(記者吳長(cháng)鋒)
