然而，生產(chǎn)如此高效的量子存儲器仍然是一個主要挑戰(zhàn)，因為它需要一個完美匹配的光子-物質(zhì)量子接口。同時，單個光子的能量太弱，容易在雜散光背景的噪聲海洋中丟失。在很長一段時間內(nèi)，這些問題將量子內(nèi)存效率抑制在50%以下——這是一個對實際應(yīng)用至關(guān)重要的閾值。目前，由中國香港科技大學(xué)杜勝旺教授、華南理工大學(xué)張山超教授、華南理工大學(xué)顏輝教授、華南理工大學(xué)朱士良教授和南京大學(xué)共同領(lǐng)導(dǎo)的研究小組首次發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以將光子量子存儲器的效率提高到85%以上，保真度超過99%。
單光子量子存儲器的實驗裝置和能級方案。圖片：中國香港科技大學(xué)該團(tuán)隊通過將數(shù)十億銣原子捕獲在一個微小的毛發(fā)狀空間中，從而創(chuàng)造了這樣一種量子存儲器。利用激光和磁場，這些原子被冷卻到接近絕對零度(約0.00001 K)。研究小組還發(fā)現(xiàn)了一種聰明的方法，可以從嘈雜的背景光中分辨出單個光子。這一發(fā)現(xiàn)使通用量子計算機(jī)的夢想更接近現(xiàn)實。這種量子存儲設(shè)備也可以作為中繼器部署在量子網(wǎng)絡(luò)中，為新一代基于量子的互聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。杜教授說：在這項研究中，我們將一個飛行的量子位元編碼到單個光子偏振上，并將其存儲在激光冷卻的原子中。
雖然在這項研究中展示的量子存儲器只用于一個量子位運(yùn)算，但它為未來新興的量子技術(shù)和工程打開了可能性。這一發(fā)現(xiàn)作為權(quán)威期刊《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)的封面文章發(fā)表，這是杜教授量子記憶實驗室2011年開始的一系列研究的最新成果。量子存儲器是實現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信和大規(guī)模量子計算的關(guān)鍵接口，用于存儲和檢索飛行光子的量子態(tài)。
雖然許多實驗方案都證明了在弱相干光脈沖下具有很高的存儲和檢索效率，但到目前為止，所有真正的單光子量子存儲器效率都遠(yuǎn)低于50%，這是實際應(yīng)用的閾值。本研究的該存儲器基于激光冷卻銣原子中平衡的雙通道電磁誘導(dǎo)透明，效率為>85%，保真度為>99%。對于單通道量子存儲器，單光子時間波形的優(yōu)化存儲和檢索效率可高達(dá)90.6%。這一結(jié)果使光子量子存儲器更接近于量子信息處理的實際應(yīng)用。
博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 中國香港科技大學(xué)參考期刊文獻(xiàn):《Nature Photonics》DOI: 10.1038/s41566-019-0368-8博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美
