潘建伟团队实现世界第一个高效长寿命量子存储器
中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士及其同事包小辉、赵博等同德国研究人员合作实验实现了具有高读出效率及长存储寿命的高性能量子存储器。该实验在国际上首次将长存储寿命和高读出效率在单个存储器内结合起来，向可升级长程量子通信及可升级光学量子计算迈出了至关重要的一步。该成果近日发表于《自然·物理学》杂志上。
量子存储器是量子中继及大尺度光学量子计算中的关键器件，其核心性能指标是存储寿命和读出效率。在以往研究中，延长存储寿命和提高读出效率这两部分往往分开进行，使得存储寿命和读出效率这两个主要指标没有得到同步提升。具体来讲，在以往实现长寿命量子存储的实验中，尽管存储寿命已经提升至毫秒量级以上，但读出效率却仅为20%左右；在实现高效量子存储的实验中，尽管读出效率已经提升70%以上，但存储寿命却仅有几百纳秒到几微秒左右。仅单一性能指标较好的量子存储器无法满足量子中继及光学量子计算等的实际应用需求。
研究表明，通过采取共线读写的几何结构延长自旋波波长可以提升存储寿命，通过采取光腔增强的方式可以提升读出效率。这两部分相结合带来的一个重要技术难题是，需要实现光腔与4个模式的同时共振。潘建伟小组通过巧妙的方案设计将这一四重共振的技术难题简化为双重共振，降低了实验难度。经过课题组成员的艰苦努力，并通过一系列其他技术难题的攻克，最终成功实现了3.2毫秒的存储寿命及73%的读出效率。该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果。
论文审稿人认为，该工作“是朝向可升级量子信息处理方向的重要研究成果”，“开启了利用多个原子系综研究复杂量子信息方案的大门”。
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