中國學者實現確定性單光子多模式固態量子存儲

morris_2007

近日，《合肥日報》從中國科學技術大學獲悉，該校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，成功實現確定性單光子的多模式固態量子存儲。該成果在國際上首次實現量子點與固態量子存儲器兩種不同固態系統之間的對接，並實現了100個時間模式的多模式量子存儲，模式數創造世界最高水平，為量子中繼和全固態量子網絡的實現打下了堅實的基礎。

量子網絡被認為可能是替代現有互聯網的新一代信息網絡，其核心技術是量子糾纏分發。但由於不可避免的傳輸損耗，目前在信道中直接進行糾纏分發只能達到百公裏量級，要實現更遠程的分發需要基於量子存儲的量子中繼技術。

目前已經實驗驗證的量子存儲或量子中繼方案都是基於概率性光源的存儲，因為一般光源的發光介質是由大量的原子構成，具體由哪些原子發光是不確定的，光子產生幾率一般低於1%，且每次發射不能保證只有一個光子，因此這類方案的長程糾纏分發時間預計將在分鐘量級以上。

在國家科研項目支持下，李傳鋒研究組利用自組織量子點(一種人造的固態原子體系)產生確定性單光子源，然後通過光纖傳輸到5米外的另一個光學平臺上的固態量子存儲器中。他們利用局部光學加熱方法調節單光子的波長，與固態量子存儲器的操作波長相匹配，然後把單光子存儲到研究組自主研發的固態量子存儲器中，並測得單光子偏振態的存儲保真度為91.3%。

之後，他們進一步實驗實現確定性單光子的100個時間模式的多模式量子存儲，即一次可以存儲100個脈沖、每個脈沖中有一個單光子，模式數創造了世界最高水平。

李傳鋒介紹說，該成果實驗演示了加速糾纏分發的兩個最重要的要素，即確定性量子光源和多模式量子存儲。前者可以指數加速糾纏分發，後者可以線性加速，兩者結合在一起預計可以使長程糾纏分發的時間縮短到毫秒量級。該成果還首次實現了兩個固態量子節點，即量子點和固態量子存儲器的對接，向實現全固態量子網絡邁出了重要的一步。

10月15日，國際著名學術期刊《自然·通訊》發表了該成果，審稿人給予其高度評價，認為朝著量子中繼的正確方向邁出了重要一步。李傳鋒介紹，該成果實驗演示了加速糾纏分發的兩個最重要的要素，即確定性量子光源和多模式量子存儲。前者可以指數加速糾纏分發，後者可以線性加速，兩者結合在一起預計可以使遠程糾纏分發的時間縮短到毫秒量級。

中華網