記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)高保真度的固態(tài)量子存儲。該成果7月19日發(fā)表于《自然·通訊》。審稿人認(rèn)為，這是通往高性能量子存儲器的一項(xiàng)重要進(jìn)展。

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(shí)現(xiàn)任意波段的光量子存儲器，從而建立超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了“無噪聲光子回波”方案，實(shí)測的背景噪聲為0.0015光子，比之前光子回波實(shí)驗(yàn)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(dá)42.5，光量子比特的存儲保真度達(dá)95.2%。

該原創(chuàng)性方案具備高效率、高保真度及易于實(shí)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。(科技日報記者 吳長鋒)

關(guān)鍵詞： 固態(tài)量子存儲 無噪聲光子回波 單光子 光子回波