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    我國學者在量子存儲研究方面取得重要進展

    日期 2019-06-12   來源:數理科學部   作者:姜向偉 倪培根 陳剛 郭海中  【 】   【打印】   【關閉

    圖. 單光子偏振量子比特存儲:H, V, D, L四種偏振態的存儲性能及其量子層析結果

      在國家自然科學基金項目(批準號:11474107,61378012,91636218,11822403,11804104,11804105,U1801661)等資助下,華南師范大學朱詩亮教授、顏輝教授課題組與香港科技大學杜勝望等人合作,在冷原子介質中利用電磁誘導透明存儲方案實現了高效率量子存儲,存儲效率高達85%,保真度高達99%。該成果以“Efficient Quantum Memory for Single-photon Polarization Qubits”(高效率單光子偏振量子比特存儲)為題,于2019年5月發表在Nature Photonics(《自然?光子學》)上,并被遴選為封面文章。文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41566-019-0368-8。

      量子存儲是量子信息處理領域的關鍵技術之一,在量子計算、量子網絡、量子通信等方向均有重要應用價值,是國際量子信息處理領域研究的焦點之一。盡管國際上對此做了大量研究,但在此之前,單光子量子存儲的效率都沒有突破50%,無法滿足量子不可克隆極限、單方向容錯量子計算等方面的最低閾值需求,實現高效率的量子存儲成為量子科學領域亟待解決的難題。世界各小組在量子存儲相關研究上普遍遇到了耦合強度低、退相快、噪聲大等問題,這些問題直接限制了量子存儲效率的提高。

      華南師范大學廣東省量子調控工程與材料重點實驗室朱詩亮教授、顏輝教授、張善超副教授與香港科技大學杜勝望教授等人合作,通過長期的理論探索和實驗設計,在冷原子體系里解決了這些困擾已久的問題。實驗運用二維磁光阱技術,將原子溫度冷卻到200uK,并獲得長條型冷原子團,結合暗線磁光阱和塞曼子能級制備技術,將冷原子的光學厚度提高到了500。通過改善原子磁場環境、控制光角度等一系列措施解決了原子退相和噪聲問題。在利用空間光調制技術解決了單光子兼容性問題后,實現了單光子存儲效率90.6%。通過對單光子偏振編碼進行存儲實驗,得到了高達85%的量子存儲效率和99%的保真度。

      該量子存儲效率是目前世界上最高紀錄,有望推進量子存儲在量子信息處理領域的實際應用。




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