中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉院士及其同事包小輝、趙博等同德國(guó)研究人員合作實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了具有高讀出效率及長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命的高性能量子存儲(chǔ)器。該實(shí)驗(yàn)在國(guó)際上首次將長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命和高讀出效率在單個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)結(jié)合起來(lái)，向可升級(jí)長(zhǎng)程量子通信及可升級(jí)光學(xué)量子計(jì)算邁出了至關(guān)重要的一步。該成果近日發(fā)表于《自然·物理學(xué)》雜志上。
量子存儲(chǔ)器是量子中繼及大尺度光學(xué)量子計(jì)算中的關(guān)鍵器件，其核心性能指標(biāo)是存儲(chǔ)壽命和讀出效率。在以往研究中，延長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命和提高讀出效率這兩部分往往分開(kāi)進(jìn)行，使得存儲(chǔ)壽命和讀出效率這兩個(gè)主要指標(biāo)沒(méi)有得到同步提升。具體來(lái)講，在以往實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)中，盡管存儲(chǔ)壽命已經(jīng)提升至毫秒量級(jí)以上，但讀出效率卻僅為20%左右；在實(shí)現(xiàn)高效量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)中，盡管讀出效率已經(jīng)提升70%以上，但存儲(chǔ)壽命卻僅有幾百納秒到幾微秒左右。僅單一性能指標(biāo)較好的量子存儲(chǔ)器無(wú)法滿足量子中繼及光學(xué)量子計(jì)算等的實(shí)際應(yīng)用需求。
研究表明，通過(guò)采取共線讀寫的幾何結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)自旋波波長(zhǎng)可以提升存儲(chǔ)壽命，通過(guò)采取光腔增強(qiáng)的方式可以提升讀出效率。這兩部分相結(jié)合帶來(lái)的一個(gè)重要技術(shù)難題是，需要實(shí)現(xiàn)光腔與4個(gè)模式的同時(shí)共振。潘建偉小組通過(guò)巧妙的方案設(shè)計(jì)將這一四重共振的技術(shù)難題簡(jiǎn)化為雙重共振，降低了實(shí)驗(yàn)難度。經(jīng)過(guò)課題組成員的艱苦努力，并通過(guò)一系列其他技術(shù)難題的攻克，最終成功實(shí)現(xiàn)了3.2毫秒的存儲(chǔ)壽命及73%的讀出效率。該成果為目前國(guó)際上量子存儲(chǔ)綜合性能指標(biāo)最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
論文審稿人認(rèn)為，該工作“是朝向可升級(jí)量子信息處理方向的重要研究成果”，“開(kāi)啟了利用多個(gè)原子系綜研究復(fù)雜量子信息方案的大門”。(新華網(wǎng))