量子存儲器是量子中繼的核心器件。之前大家用的是發(fā)射型量子存儲器，要么一次只能傳輸1個量子，效率低;要么一次傳輸多個量子，但精確率低?！崩顐麂h教授團隊一直致力于研究吸收型量子存儲器，經(jīng)過3年多努力，2021年在國際上首次成功使用吸收型量子存儲器，演示了多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路。這種量子存儲器可以一次捕獲并存儲4對糾纏量子，等于獲得了四倍加速的糾纏分發(fā)速率，并且經(jīng)實驗驗證，兩個節(jié)點之間的糾纏保真度超過80%。

2022年8月7日，從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事包小輝、張強等，將長壽命冷原子量子存儲技術(shù)與量子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，采用現(xiàn)場光纖在相距直線距離12.5公里的獨立量子存儲節(jié)點間建立糾纏。相關(guān)研究成果以編輯推薦的形式日前發(fā)表在《物理評論快報》上。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于摻鉺波導(dǎo)，實現(xiàn)了通信波段光子的按需式量子存儲，向構(gòu)建大尺度光纖量子網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。相關(guān)成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。

據(jù)中科院報道，量子存儲器是量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件，通過按需式讀取糾纏光子，可把遠距離光纖傳輸中的指數(shù)級損耗降為多項式級損耗。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組在摻鉺硅酸釔晶體上利用激光直寫技術(shù)，自主加工了光波導(dǎo)，并在波導(dǎo)兩端直接粘貼集成了普通的單模光纖。

為了實現(xiàn)按需式讀取，研究組進一步利用電子蒸鍍技術(shù)在波導(dǎo)兩側(cè)加工了片上電極，從而利用電場誘導(dǎo)的斯塔克效應(yīng)實時調(diào)控波導(dǎo)內(nèi)鉺離子的相干演化。

通過極化鉺離子的電子自旋，并初始化其核自旋狀態(tài)，光子的存儲效率被提升至10.9%，這一效率相比此前報道的可集成通信波段量子存儲獲得了5倍的增強。電場調(diào)控的按需式量子存儲保真度達98.3%，遠超考慮了存儲效率和光子統(tǒng)計的經(jīng)典極限。

該成果基于鉺離子實現(xiàn)了通信波段的按需式量子存儲，并且這一光纖集成器件可直接對接現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)。在經(jīng)典通信領(lǐng)域，摻鉺光纖放大器的發(fā)明使得長距離光纖通信成為現(xiàn)實。

來自美國亞馬遜云科技量子網(wǎng)絡(luò)中心和哈佛大學(xué)的科學(xué)家在近期《科學(xué)》雜志發(fā)表論文稱，他們新開發(fā)出一種新型量子存儲器，能糾錯且壽命或相干時間超過2秒，為創(chuàng)建可擴展的量子網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。最新研制出的量子存儲器能在4開爾文(零下269.15攝氏度)的溫度下捕獲和存儲光子，而此前的設(shè)備只能在低于0.1開爾文(零下273.05攝氏度)的溫度下捕獲和存儲光子;該存儲器也能從存儲在電子上的光子中獲取信息，將其交換到硅核，而且存儲時間增加了約1000倍，長達2秒。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出并實驗實現(xiàn)“無噪聲光子回波”，成功將背景噪聲從1光子降低到0.0015光子，首次觀察到單光子的光子回波并實現(xiàn)高保真度的固態(tài)量子存儲。該成果近日發(fā)表于《自然·通訊》。該原創(chuàng)性方案具備高效率、高保真度及易于實現(xiàn)的特性，在量子優(yōu)盤應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，這種新技術(shù)還有望在其他學(xué)科領(lǐng)域信號提取等方面激發(fā)出新應(yīng)用。

科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種量子存儲方法，有助于為大規(guī)模光量子網(wǎng)絡(luò)鋪平道路。

新的量子存儲系統(tǒng)依賴于原子核自旋，以自旋波的形式產(chǎn)生集體振蕩，通過集體振蕩有效地將幾個原子連接起來存儲信息。

美國加州理工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)和電氣工程教授Andrei Faraon團隊利用一個由鐿(Yb，可用在激光的稀土元素)離子制成的量子比特，將該離子嵌入正釩酸釔(YVO4)的透明晶體中，并通過光學(xué)和微波場的組合來操縱其量子態(tài)。然后，團隊使用鐿的量子位來控制晶體中多個釩原子的核自旋狀態(tài)。研究成果于2月16日發(fā)表在《自然》(Nature)期刊上。

光子回波是原子與一系列電磁波脈沖相互作用時發(fā)出的相干輻射，是存儲和操縱光的有力工具。光子回波作為光與物質(zhì)作用的一種基本物理過程，已在眾多學(xué)科領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，代表性應(yīng)用有核磁共振成像(射頻波段)、電子順磁共振譜儀(微波段)、二維電子光譜(光波段)等，其中自旋回波是射頻波段的光子回波。如果把光子回波應(yīng)用到量子領(lǐng)域，則有望實現(xiàn)任意波段的光量子存儲器，從而建立超導(dǎo)量子計算機的微波光子學(xué)界面以及建立基于光波光子的大尺度量子網(wǎng)絡(luò)。

然而，已有的光子回波方案均存在一個本質(zhì)缺陷，即光子回波的發(fā)射信號被自發(fā)輻射噪聲所污染，這從根本上阻止了光子回波應(yīng)用到量子領(lǐng)域。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出的“無噪聲光子回波”方案，創(chuàng)造性地結(jié)合不同頻率的控制脈沖以及兩次重聚過程，可通過頻譜濾波嚴(yán)格消除自發(fā)輻射噪聲。他們在摻銪硅酸釔晶體(量子優(yōu)盤的工作介質(zhì))中實現(xiàn)了“無噪聲光子回波”方案，實測的背景噪聲為0.0015光子，比之前光子回波實驗的噪聲降低了99.85%。在單光子信號入射的條件下，回波信噪比達42.5，光量子比特的存儲保真度達95.2%。