中国科学技术大学发布消息，称其郭光灿院士团队在光量子存储领域取得重要突破。该团队李传锋、周宗权研究组将相干光的存储时间提升至1小时，大幅度刷新了2013年德国团队光存储1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。该成果4月22日发表在国际知名期刊《自然·通讯》上，审稿人称该成果是一个巨大的成就（a huge achievement）。
李传锋、周宗权研究组长期致力于基于稀土离子掺杂晶体的固态量子存储实验研究。研究组2015年自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，专门用于稀土离子掺杂晶体的能级结构分析。依托该仪器，研究组精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量，并在理论上预测了ZEFOZ磁场下的能级结构[Journal of Luminescence 802, 32 (2018)]。近期课题组结合理论预言首次实验测定掺铕硅酸钇晶体在ZEFOZ磁场下的完整能级结构。在此基础上，研究组结合了原子频率梳（AFC）量子存储方案以及ZEFOZ技术，成功实现了光信号的长寿命存储。实验中光信号首先被AFC吸收成为铕离子系综的光学激发，接着被转移为自旋激发，经历一系列自旋保护脉冲操作后，最终被读取为光信号，总存储时间长达1小时。通过加载相位编码，实验证实在经历了1个小时存储后，光的相位存储保真度高达96.4 ± 2.5%。这些结果表明该装置具有极强的相干光存储能力以及用于量子态存储的潜力。
该工作将光存储时间从分钟量级推进至小时量级，满足了量子U盘对光存储寿命指标的基本需求。接下来通过优化存储效率及信噪比，有望实现量子U盘，从而可以基于经典运输工具实现量子信息的传输，建立一种全新的量子信道。近期的理论研究表明，量子U盘在全球卫星量子通信、甚长基线干涉天文测量系统等领域均具有广泛应用。审稿人表示：
“这个工作让人们等待了很久，2015年澳大利亚国立大学团队报道了掺铕硅酸钇晶体在ZEFOZ磁场下具有6小时的自旋相干寿命，然而实际的光信号存储能力至今才终于得到证明（This result was a long time coming, since the ANU group showed in their seminal 2015 paper that the same material used in the current work, Eu:YSO, can maintain spin coherence for 6 hours under a ZEFOZ field and using dynamical decoupling. Actual optical storage in these conditions has proven elusive until now though）。”
存储方案示意图，信号光场（probe）被梳状的原子吸收谱吸收，并被控制光场（control）存储为自旋激发，在射频（RF）场的操控下延长存储时间，最终读取为光信号。
论文第一作者是中科院量子信息重点实验室博士研究生马钰。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省以及中国科学院的资助。周宗权得到中科院青年创新促进会的资助。
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超能网友终极杀人王 2021-04-26 22:24 | 加入黑名单
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超能网友教授 2021-04-26 14:46 | 加入黑名单
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