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中國(guó)科學(xué)家研制出百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器

發(fā)布時(shí)間:2016-06-04 點(diǎn)擊數(shù):3885

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉和包小輝教授等采用冷原子系綜成功研制出百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器,為遠(yuǎn)距離量子中繼系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該成果531日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。

量子中繼可以解決光子信號(hào)在光纖內(nèi)指數(shù)衰減的重大難題,是未來實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離量子通信的重要途徑之一。量子中繼的基本原理是采用分段糾纏分發(fā)與糾纏交換相結(jié)合來拓展通信距離,其核心是量子存儲(chǔ)技術(shù),通過對(duì)光子比特進(jìn)行緩存,可大幅提升糾纏連接效率。為滿足遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求,量子存儲(chǔ)器需要對(duì)單量子態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)且具備高讀出效率。

近年來,量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展很快,但到目前為止,還沒有一個(gè)體系能夠在存儲(chǔ)時(shí)間和效率方面同時(shí)滿足量子中繼需求。2012年,潘建偉、包小輝等首次實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)的高效量子存儲(chǔ)器,但該存儲(chǔ)時(shí)間仍與遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求相距較遠(yuǎn)。

為進(jìn)一步提升存儲(chǔ)時(shí)間,潘建偉小組近年來發(fā)展了三維光晶格限制原子運(yùn)動(dòng)等多項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù),使得原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的退相干得到大幅抑制,并最終成功實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)壽命達(dá)到0.22秒、讀出效率達(dá)到76%的高性能量子存儲(chǔ)器。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與2012年的工作相比,存儲(chǔ)壽命提升了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

審稿人對(duì)這一工作的重要性給予高度認(rèn)可,并稱贊這一實(shí)驗(yàn)為“非凡絕技”。該實(shí)驗(yàn)的重要意義在于,第一次將存儲(chǔ)壽命及讀出效率提升到能夠滿足遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求。據(jù)估算,該成果結(jié)合多模存儲(chǔ)、高效通訊波段接口等技術(shù),已原理上可支持通過量子中繼實(shí)現(xiàn)500公里以上糾纏分發(fā)。

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