清華大學段路明研究組刷新量子存儲容量國際記錄
?論文截圖
責編 | 呂浩然
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近日，清華大學量子信息中心段路明研究組首次實現(xiàn)具有225個存儲單元的原子量子存儲器，將原有量子存儲器存儲容量的國際記錄（12個）提高了一個數(shù)量級。該成果的研究論文《225個存儲單元的量子存儲器的實驗實現(xiàn)》于5月8日發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）。
量子存儲器是實現(xiàn)長程量子通訊和量子計算機的重要部件。長程量子通訊需要量子中繼器，以克服單光子信號在傳輸信道中的指數(shù)衰減問題。2001年，段路明與合作者提出DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller)方案，利用原子量子存儲器和單光子信道的結合以抑制衰減。該方案在量子信息領域引起很大反響，美國、中國、歐洲的多個研究組致力于在實驗室上實現(xiàn)該方案，取得了一系列重要進展。《現(xiàn)代物理評論》（Review of Modern Physics）和《自然》曾發(fā)表專文介紹相關進展，其中提高量子存儲器的存儲容量被認為是量子中繼器實驗實現(xiàn)方面的一個關鍵問題。
?原子量子存儲器陣列實驗裝置示意圖，來源：清華新聞網
此前，美國有研究組通過空間分波法，實現(xiàn)了12個存儲單元的量子存儲器。段路明研究組引入二維量子存儲陣列的方法（如下圖所示），大大提高了量子存儲器的存儲容量，將原子存儲單元的數(shù)目增加到225個，比國際原有記錄提高了近20倍。
?實驗演示任意原子存儲單元與光子間的量子糾纏存儲，來源：清華新聞網
該實驗利用二維可編程光路，保持了兩百多個激光光路之間的相干性，從而為量子比特相干性和量子糾纏的存儲提供了條件。實驗利用DLCZ方案，實現(xiàn)了光子態(tài)與任意一對原子存儲單元間量子糾纏的存儲與讀取，并證明各量子存儲單元可以分別獨立操作，避免了相互干擾。這些技術為高容量量子存儲器的實現(xiàn)和量子中繼器的發(fā)展奠定了基礎，審稿人認為，“實現(xiàn)225個單元的量子存儲是量子存儲器實用化發(fā)展方面的一個重要里程碑”。
注：本文整理自清華新聞網，略作編輯。
參考文獻：
[1] Experimental realization of a multiplexed quantum memory with 225 individually accessible memory cells，Y-F Pu, N. Jiang, W. Chang, H-X Yang, C. Li & L-M Duan，Nature Communications 8, 2017.
[2] Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics，L.-M. Duan1,2, M. D. Lukin3, J. I. Cirac1 & P. Zoller1，Nature 414, 413-418 (22 November 2001)
