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【安徽日报】中科大实现“无噪声光子回波”量子存储方案

来源:安徽日报发(fa)布时间:2020-07-26

  本报(bao)讯(记(ji)者 陈(chen)婉婉)记(ji)者7月20日从中国科学技术大(da)学获悉,该(gai)校郭光(guang)(guang)灿院士(shi)团队李传(chuan)锋(feng)、周(zhou)宗权研(yan)究组提出(chu)并(bing)实(shi)验实(shi)现“无噪声光(guang)(guang)子(zi)(zi)回(hui)波”,成功将(jiang)背景噪声从1光(guang)(guang)子(zi)(zi)降低到(dao)0.0015光(guang)(guang)子(zi)(zi),首次观察到(dao)单光(guang)(guang)子(zi)(zi)的光(guang)(guang)子(zi)(zi)回(hui)波并(bing)实(shi)现高保真度(du)的固态量子(zi)(zi)存储(chu)。该(gai)成果已于7月19日发(fa)表(biao)于《自然·通讯》,对(dui)研(yan)发(fa)量子(zi)(zi)优盘和量子(zi)(zi)网(wang)络具有重要意义(yi)。

  光(guang)(guang)(guang)子(zi)回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)是原子(zi)与一系(xi)列电(dian)(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)脉冲相互作用(yong)(yong)时发出的(de)(de)相干(gan)辐射(she)(she),是存储和操纵(zong)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)有力工具(ju)。光(guang)(guang)(guang)子(zi)回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)作为光(guang)(guang)(guang)与物质作用(yong)(yong)的(de)(de)一种基本物理过程,已在众多学(xue)(xue)科领(ling)域取得广(guang)泛应(ying)用(yong)(yong),代表性应(ying)用(yong)(yong)有核磁共振成像(xiang)(射(she)(she)频(pin)波(bo)(bo)(bo)(bo)段)、电(dian)(dian)子(zi)顺磁共振谱仪(微波(bo)(bo)(bo)(bo)段)、二维电(dian)(dian)子(zi)光(guang)(guang)(guang)谱(光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)(bo)(bo)段)等(deng),其(qi)中自旋(xuan)回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)是射(she)(she)频(pin)波(bo)(bo)(bo)(bo)段的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)子(zi)回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)。如(ru)果把(ba)光(guang)(guang)(guang)子(zi)回(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)应(ying)用(yong)(yong)到量子(zi)领(ling)域,则有望实现任意波(bo)(bo)(bo)(bo)段的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)量子(zi)存储器,从而(er)建立超导量子(zi)计(ji)算机的(de)(de)微波(bo)(bo)(bo)(bo)光(guang)(guang)(guang)子(zi)学(xue)(xue)界面(mian)以及建立基于(yu)光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)(bo)(bo)光(guang)(guang)(guang)子(zi)的(de)(de)大尺度量子(zi)网络。

  然而(er),已有的(de)光子(zi)回(hui)(hui)波方案均存(cun)在一(yi)个本质(zhi)缺陷,即光子(zi)回(hui)(hui)波的(de)发射信号被自(zi)发辐射噪声所污染,这从根本上阻止了光子(zi)回(hui)(hui)波应用(yong)到量子(zi)领域。

  李传锋、周宗(zong)权(quan)研究(jiu)组提出的(de)(de)“无噪(zao)(zao)(zao)声(sheng)光(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)波”方(fang)案,创造性地结合不同频率(lv)的(de)(de)控制脉冲以及(ji)两次重聚(ju)过(guo)程,可通过(guo)频谱滤波严格消除自发辐射噪(zao)(zao)(zao)声(sheng)。他们在(zai)掺铕硅酸钇晶体中实(shi)现(xian)了“无噪(zao)(zao)(zao)声(sheng)光(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)波”方(fang)案,实(shi)测的(de)(de)背景噪(zao)(zao)(zao)声(sheng)为0.0015光(guang)子(zi)(zi)(zi),比(bi)(bi)之(zhi)前(qian)光(guang)子(zi)(zi)(zi)回(hui)波实(shi)验的(de)(de)噪(zao)(zao)(zao)声(sheng)降低了99.85%。在(zai)单光(guang)子(zi)(zi)(zi)信号入(ru)射的(de)(de)条件下,回(hui)波信噪(zao)(zao)(zao)比(bi)(bi)达(da)42.5,光(guang)量(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)特的(de)(de)存(cun)储保真度(du)达(da)95.2%。

  该原(yuan)创性(xing)方案具备高效率(lv)、高保真度(du)及易于实现的特性(xing),在量子(zi)优盘应用(yong)中具有(you)显著优势。《自然·通(tong)讯》审稿人认为,这是通(tong)往高性(xing)能量子(zi)存储器的一项重要(yao)进(jin)展。这种新(xin)(xin)技术还有(you)望在其他学科领域(yu)信(xin)号(hao)提取等方面激发出(chu)新(xin)(xin)应用(yong)。

《安(an)徽日报(bao)》(2021年7月(yue)25日2版)

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