日前，從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、包小輝等人近期采用冷原子系綜，成功研究出百毫秒級高效量子存儲器，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)。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》5月31日發(fā)表了該成果。
據(jù)了解，量子中繼可以解決光子信號在光纖內(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，其核心是量子存儲技術(shù)，通過對光子比特進(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，量子存儲器需要對單量子態(tài)進(jìn)行長時(shí)間存儲且具備高讀出效率。
近年來，國際學(xué)界在量子存儲方面的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展很快，眾多物理體系的存儲指標(biāo)均在不斷進(jìn)步。但到目前為止，還沒有一個(gè)體系能夠在存儲時(shí)間和效率方面同時(shí)滿足量子中繼需求。冷原子系綜是量子存儲實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)重要物理體系，它的主要優(yōu)點(diǎn)包括操縱手段豐富、退相干機(jī)制簡單等。2012年，潘建偉、包小輝等首次實(shí)現(xiàn)了毫秒級的高效量子存儲器，但該存儲時(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)了存儲壽命達(dá)到0.22秒、讀出效率達(dá)到76%的高性能量子存儲器。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與2012年的工作相比，存儲壽命提升了近兩個(gè)數(shù)量級。
據(jù)介紹，該實(shí)驗(yàn)的重要意義在于，首次將存儲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、高效通訊波段接口等技術(shù)，已在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)。《自然·光子學(xué)》審稿人對這一工作的重要性給予高度認(rèn)可，并稱贊該實(shí)驗(yàn)為“非凡絕技”。
