通信波段稀土离子掺杂固态量子存储进展

量子互联网是实现多方量子通信、分布式量子计算等量子信息技术的重要基础,量子存储器作为实现互联网的重要部件,对量子信息技术的发展、应用具有举足轻重的作用。如今遍布全球的光纤网络已经是信息传输的有力载体,通信波段的量子存储器因容易嵌入到当前的光纤网络中而备受重视。聚焦于稀土离子掺杂固态体系的通信波段光量子存储,首先介绍稀土离子掺杂固态量子存储的基本原理,包括稀土掺杂材料特性以及存储协议等,然后介绍目前的研究现状,最后简要分析其未来的发展趋势,并对量子互联网的构建做出展望。

中国学者成功研制“按需式读取”的可集成固态量子存储器

信息的存储与读出时间对构建量子网络非常重要。量子存储器是构建大尺度量子网络的核心器件。按需式读取是指光子写入存储器以后再根据需求决定读出时间,这对实现量子网络中的同步操作等功能至关重要。但目前国际上已有的可集成固态量子存储器均基于简单的原子频率梳方案,读出时间在光子写入之前预先设定,无法按需读取。

多自由度并行复用的固态量子存储器面世

从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、周宗权等人成功研制出多自由度并行复用的固态量子存储器,在国际上首次实现跨越3个自由度的复用量子存储,并展示了时间和频率自由度的任意光子脉冲操作功能。该成果近日发表在国际期刊《自然·通讯》上。

中国科大成功研制按需式读取的可集成固态量子存储器

固态量子存储器可有效减少信道损耗、拓展量子网络工作距离,是构建大尺度量子网络的关键核心器件。近日,中国科学技术大学李传锋、周宗权研究组在国际上首次成功研制出按需式读取的可集成固态量子存储器,研究成果发表于《物理评论快报》。为实现量子网络中的同步操作等功能,需要将光子写入量子存储器之后,再按需决定读出时间。但当前可集成固态量子存储器采用的多为简单原子频率梳方案,在光子写入之前,读出时间已被预设固化,无法满足按需读取的技术需求。研究人员通过电场调制改进了量子存储方案,首先采用激光直写技术在稀土掺杂晶体表面制备面上光波导.

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现,利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源,为量子计算实现量子比特操作的时间同步.基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器,自2008年首次实现单光子存储后,实验技术迅速突破,已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一.本文介绍量子存储器性能的评价指标,回顾近5年固态量子存储的实验进展,并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.

固态量子存储器

量子通信发展的最终目标是构建全国乃至洲际的大尺度量子通信网络,然而受限于光子损耗,目前安全量子通信的距离被限制在百公里量级。目前有两种方案可以有效拓展安全量子通信的工作距离,即量子中继方案和量子加密U盘方案。这两套方案所需要的核心器件都是高性能量子存储器,所以针对具体通信方案优化存储器技术指标,演示基于量子存储器的量子通信技术,是现阶段量子通信研究的核心任务。本项目针对以上科学问题及关键技术,以具体应用方案为导向,基于固体中的稀土离子系综研制高性能固态量子存储器。本文主要介绍项目实施以来相关方面的研究内容以及研究进展。

中国科学技术大学实现高性能可集成固态量子存储器

中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子存储领域取得重要进展。该团队李传锋、周宗权等采用飞秒激光微加工技术制备出高保真度的可集成固态量子存储器,并基于自主研制设备首次实现稀土离子的电子自旋及核自旋相干寿命的全面提升。相关成果分别于2月20号和28号发表在著名物理学期刊Optica和Physical Review Applied上。

相隔10m的两个量子存储器间首次实现纠缠

西班牙巴塞罗那光子科学研究所(ICFO)的研究人员首次在相隔10 m的两个多模固态量子存储器之间实现了量子纠缠,将一个单光子存储在这两个存储器中,时间最长达到25μs。研究人员认为,这是量子通信的重要里程碑,有助于开发出用于未来量子互联网的量子中继器。

国内外最新科技发现和创新技术成果荟萃

跨越7公里分布式光量子计算实现日前从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队基于多模式固态量子存储和量子门隐形传送协议,在合肥实现跨越7公里的非局域量子门,并演示了分布式的多伊奇—乔萨算法及量子相位估计算法。研究成果发表在国际期刊《自然·通讯》上。研究团队基于量子门隐形传送协议,来建立两个量子节点之间的非局域量子门,两个量子节点之间的直线距离为7公里。研究团队进一步在这两个远程节点间演示了两比特的多伊奇—乔萨算法及量子相位估计算法,成功实现量子算法的远程分布式执行。