中國科大實現(xiàn)99.9%世界最高保真度的固態(tài)量子存儲器
中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組，在固態(tài)系統(tǒng)中首次實現(xiàn)單光子偏振態(tài)的量子存儲器，保真度達99.9%，刷新世界紀錄。研究成果5月11日發(fā)表在美國《物理評論快報》上，并被美國物理學會網(wǎng)站“物理概要”欄目作亮點報道。
量子存儲器是量子信息領域的核心器件之一，是量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼等基本量子信息過程的必需元件。同時，它還可用來實現(xiàn)量子中繼，以解決遠程量子通信中的信息損耗問題，以及用于分布式量子計算、量子精密測量等。
國際上常用的量子存儲器存在帶寬窄和擴展性差等缺點，難以應用于實用化的量子網(wǎng)絡。近幾年興起的基于稀土離子摻雜晶體的固態(tài)量子存儲器，具有壽命長、穩(wěn)定性高、帶寬較寬、擴展性強等優(yōu)點，但由于這種晶體有雙折射效應，不能用光的偏振狀態(tài)（光波的振動狀態(tài)）來加載信息，而光的各種偏振態(tài)是量子信息最方便的載體。因此，怎樣實現(xiàn)光子偏振態(tài)的固態(tài)量子存儲器是國際學術界一大難題。
李傳鋒小組利用兩塊1.4毫米厚的摻釹釩酸釔晶體，分別處理光的兩種正交偏振態(tài)，同時把一片特殊設計的光學元件（波片）置于兩塊晶體之間，來實現(xiàn)這兩種偏振態(tài)的互換。整個量子存儲器就像一片很小的“三明治”，緊湊而穩(wěn)定，擴展和集成都十分方便。在實驗中，他們擯棄了傳統(tǒng)的固態(tài)量子存儲方案中使用的“共線式”光路，設計出交叉式光路，使得預處理用的泵浦光與待存儲的光不再重合，降低了泵浦光帶來的噪聲，從而極大地提高了存儲器的保真度，可達99.9%，遠高于此前單光子偏振存儲95%的最高保真度。
該成果對進一步提高實用化量子通信網(wǎng)絡元件的小型化和集成化具有重要意義。該超高保真度量子存儲可應用于容錯量子計算等具有苛刻要求的研究領域。
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