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【中安在线】中国科大科学家实现“无噪声光子回波”量子存储方案

来(lai)源:中安在(zai)线发布时间:2020-07-21

  中安在线、中安新(xin)闻客(ke)户端讯(xun) 记者(zhe)7月20日(ri)从(cong)中国科(ke)大获悉,中国科(ke)学技术大学郭(guo)光灿院(yuan)士团队李(li)传锋、周宗(zong)权(quan)研(yan)究组提出(chu)并实(shi)验实(shi)现(xian)“无(wu)噪(zao)声(sheng)光子(zi)(zi)(zi)回波(bo)”,成功将背(bei)景噪(zao)声(sheng)从(cong)1光子(zi)(zi)(zi)降低到0.0015光子(zi)(zi)(zi),首次观察到单(dan)光子(zi)(zi)(zi)的(de)光子(zi)(zi)(zi)回波(bo)并实(shi)现(xian)高(gao)保真度的(de)固态(tai)量子(zi)(zi)(zi)存储(chu)。该成果7月19日(ri)发表(biao)于《自然·通讯(xun)》。审稿人认为,这是通往高(gao)性(xing)能量子(zi)(zi)(zi)存储(chu)器(qi)的(de)一项重要进(jin)展。

  光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)(hui)波(bo)(bo)是原(yuan)子(zi)(zi)(zi)与(yu)一系(xi)列电磁(ci)波(bo)(bo)脉冲相(xiang)互作用时发出的相(xiang)干辐射,是存储和操纵光(guang)(guang)的有力(li)工具。光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)(hui)波(bo)(bo)作为光(guang)(guang)与(yu)物质作用的一种基本物理过程(cheng),已在众多(duo)学科(ke)领域(yu)(yu)取得广泛应(ying)用,代表(biao)性应(ying)用有核磁(ci)共(gong)振成像(射频波(bo)(bo)段(duan))、电子(zi)(zi)(zi)顺磁(ci)共(gong)振谱仪(微波(bo)(bo)段(duan))、二维电子(zi)(zi)(zi)光(guang)(guang)谱(光(guang)(guang)波(bo)(bo)段(duan))等(deng),其(qi)中自旋回(hui)(hui)波(bo)(bo)是射频波(bo)(bo)段(duan)的光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)(hui)波(bo)(bo)。如果(guo)把光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)(hui)波(bo)(bo)应(ying)用到(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)领域(yu)(yu),则有望实现任意(yi)波(bo)(bo)段(duan)的光(guang)(guang)量(liang)子(zi)(zi)(zi)存储器,从而(er)建(jian)(jian)立超导(dao)量(liang)子(zi)(zi)(zi)计算机的微波(bo)(bo)光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)学界面以及建(jian)(jian)立基于光(guang)(guang)波(bo)(bo)光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)的大尺度量(liang)子(zi)(zi)(zi)网(wang)络。

  然而,已有的(de)光(guang)(guang)子(zi)回波方案均存在一个本质缺陷,即光(guang)(guang)子(zi)回波的(de)发(fa)(fa)射(she)信号被(bei)自发(fa)(fa)辐(fu)射(she)噪声所(suo)污(wu)染,这从根本上阻(zu)止了光(guang)(guang)子(zi)回波应用到量子(zi)领域。

  李传(chuan)锋、周宗权研究组提出(chu)的(de)“无噪声(sheng)光子(zi)(zi)(zi)回(hui)波(bo)(bo)”方(fang)案,创造性地(di)结合不同频(pin)率的(de)控(kong)制脉冲以及(ji)两次重聚过(guo)程,可通过(guo)频(pin)谱滤波(bo)(bo)严(yan)格消除自(zi)发辐(fu)射噪声(sheng)。他(ta)们在(zai)掺铕硅酸钇(yi)晶体(量子(zi)(zi)(zi)优盘的(de)工作介质)中实现了“无噪声(sheng)光子(zi)(zi)(zi)回(hui)波(bo)(bo)”方(fang)案,实测(ce)的(de)背景噪声(sheng)为0.0015光子(zi)(zi)(zi),比(bi)(bi)之(zhi)前光子(zi)(zi)(zi)回(hui)波(bo)(bo)实验的(de)噪声(sheng)降(jiang)低(di)了99.85%。在(zai)单光子(zi)(zi)(zi)信号入射的(de)条件下,回(hui)波(bo)(bo)信噪比(bi)(bi)达42.5,光量子(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)特的(de)存储保真度(du)达95.2%。

  该原创性方案具备高(gao)效率、高(gao)保真度(du)及易于(yu)实现的(de)特性,在量子(zi)优盘应用(yong)中具有显著优势,这种(zhong)新(xin)技术(shu)还有望(wang)在其(qi)他学科领域信号提取等(deng)方面激发出新(xin)应用(yong)。(通讯员 桂运安(an) 记(ji)者 汪乔 实习(xi)生 张(zhang)月)

中安在线2021年7月21日

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