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      我国学者在量子存储研究方面取得重要进展

      日期 2019-06-12   来源:数理科学部   作者:姜向伟 倪培根 陈刚 郭海中  【 】   【打印】   【关闭

      图. 单光子偏振量子比特存储:H, V, D, L四种偏振态的存储性能及其量子层析结果

        在国家自然科学基金项目(批准号:11474107,61378012,91636218,11822403,11804104,11804105,U1801661)等资助下,华南师范大学朱诗亮教授、颜辉教授课题组与香港科技大学杜胜望等人合作,在冷原子介质中利用电磁诱导透明存储方案实现了高效率量子存储,存储效率高达85%,保真度高达99%。该成果以“Efficient Quantum Memory for Single-photon Polarization Qubits”(高效率单光子偏振量子比特存储)为题,于2019年5月发表在Nature Photonics(《自然?光子学》)上,并被遴选为封面文章。文章链接:https://www.nature.com/articles/s41566-019-0368-8。

        量子存储是量子信息处理领域的关键技术之一,在量子计算、量子网络、量子通信等方向均有重要应用价值,是国际量子信息处理领域研究的焦点之一。尽管国际上对此做了大量研究,但在此之前,单光子量子存储的效率都没有突破50%,无法满足量子不可克隆极限、单方向容错量子计算等方面的最低阈值需求,实现高效率的量子存储成为量子科学领域亟待解决的难题。世界各小组在量子存储相关研究上普遍遇到了耦合强度低、退相快、噪声大等问题,这些问题直接限制了量子存储效率的提高。

        华南师范大学广东省量子调控工程与材料重点实验室朱诗亮教授、颜辉教授、张善超副教授与香港科技大学杜胜望教授等人合作,通过长期的理论探索和实验设计,在冷原子体系里解决了这些困扰已久的问题。实验运用二维磁光阱技术,将原子温度冷却到200uK,并获得长条型冷原子团,结合暗线磁光阱和塞曼子能级制备技术,将冷原子的光学厚度提高到了500。通过改善原子磁场环境、控制光角度等一系列措施解决了原子退相和噪声问题。在利用空间光调制技术解决了单光子兼容性问题后,实现了单光子存储效率90.6%。通过对单光子偏振编码进行存储实验,得到了高达85%的量子存储效率和99%的保真度。

        该量子存储效率是目前世界上最高纪录,有望推进量子存储在量子信息处理领域的实际应用。




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