記者從中國科大獲悉,該校郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)等人成功研制出多自由度并行復(fù)用的固態(tài)量子存儲器,在國際上首次實現(xiàn)跨越3個自由度的復(fù)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。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長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,其一個存儲單元可以一次性存儲大量的量子比特,這就是復(fù)用的概念。原則上對量子存儲器的各個自由度都可以進行復(fù)用。
為了進一步提升量子存儲器的復(fù)用能力,研究組創(chuàng)新性地采用多自由度并行復(fù)用的存儲方案。比如在第一個自由度有M個存儲模式,第二個自由度有N個模式,第三個自由度有P個模式,則量子存儲器的總復(fù)用模式數(shù)為各個自由度模式數(shù)的乘積,即M×N×P。研究組選擇光子的時間、空間和頻率自由度進行并行復(fù)用,在國際上率先實現(xiàn)了這3個自由度的復(fù)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2×2×3=12個,實驗結(jié)果展示了多自由度并行復(fù)用量子存儲的可行性。
研究組還進一步證明他們的存儲器可以在時間和頻率自由度實現(xiàn)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。該成果還有望在線性光學(xué)量子計算等領(lǐng)域取得更多的應(yīng)用。
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