多自由度并行復用的固態量子存儲器面世
日期：2019-02-27 16:44:19 來源：凡帝朗
從(cong)中國(guo)科大(da)獲(huo)悉，該校郭光燦院士團隊(dui)李傳鋒、周宗權(quan)等人成功研制出多自(zi)由度并行復用(yong)的(de)固態量(liang)子存(cun)儲(chu)(chu)器，在國(guo)際上首次實現跨越3個自(zi)由度的(de)復用(yong)量(liang)子存(cun)儲(chu)(chu)，并展(zhan)示了(le)時間和頻率自(zi)由度的(de)任意光子脈(mo)沖(chong)操作功能(neng)。該成果(guo)近日發表在國(guo)際期(qi)刊(kan)《自(zi)然·通訊》上。
由(you)于(yu)(yu)不可(ke)克服的(de)(de)光(guang)纖(xian)信道損耗，目前地面安全(quan)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)通(tong)信距(ju)離被限(xian)制(zhi)在百公里(li)量(liang)(liang)(liang)級。基(ji)于(yu)(yu)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲(chu)器(qi)(qi)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)中繼方(fang)案(an)可(ke)以(yi)有(you)效克服信道損耗從(cong)而拓展(zhan)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)通(tong)信的(de)(de)工作距(ju)離，所(suo)以(yi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲(chu)器(qi)(qi)是(shi)未來長程量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)通(tong)信和量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)網絡的(de)(de)核心(xin)器(qi)(qi)件。而對量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲(chu)器(qi)(qi)，由(you)于(yu)(yu)具有(you)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)相干性，其一(yi)(yi)個存(cun)儲(chu)單元可(ke)以(yi)一(yi)(yi)次性存(cun)儲(chu)大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)比特，這就是(shi)復用(yong)的(de)(de)概念。原則上對量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)存(cun)儲(chu)器(qi)(qi)的(de)(de)各(ge)個自由(you)度(du)都可(ke)以(yi)進行復用(yong)。
為了(le)進(jin)一步提升量子存(cun)(cun)儲(chu)(chu)器的(de)(de)(de)(de)復(fu)(fu)用(yong)(yong)能力，研究組創新(xin)性地采(cai)用(yong)(yong)多自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)并行復(fu)(fu)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)方案。比如在(zai)第一個(ge)(ge)(ge)(ge)自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)有M個(ge)(ge)(ge)(ge)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)模(mo)(mo)式(shi)，第二(er)個(ge)(ge)(ge)(ge)自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)有N個(ge)(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)式(shi)，第三(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)有P個(ge)(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)式(shi)，則(ze)量子存(cun)(cun)儲(chu)(chu)器的(de)(de)(de)(de)總復(fu)(fu)用(yong)(yong)模(mo)(mo)式(shi)數為各個(ge)(ge)(ge)(ge)自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)模(mo)(mo)式(shi)數的(de)(de)(de)(de)乘積，即(ji)M×N×P。研究組選擇(ze)光子的(de)(de)(de)(de)時間(jian)、空(kong)間(jian)和頻率(lv)自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)進(jin)行并行復(fu)(fu)用(yong)(yong)，在(zai)國際(ji)上率(lv)先實現了(le)這3個(ge)(ge)(ge)(ge)自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)復(fu)(fu)用(yong)(yong)量子存(cun)(cun)儲(chu)(chu)。實驗中采(cai)用(yong)(yong)了(le)2個(ge)(ge)(ge)(ge)時間(jian)模(mo)(mo)式(shi)、2個(ge)(ge)(ge)(ge)頻率(lv)模(mo)(mo)式(shi)、3個(ge)(ge)(ge)(ge)空(kong)間(jian)模(mo)(mo)式(shi)，總模(mo)(mo)式(shi)數達到2×2×3=12個(ge)(ge)(ge)(ge)，實驗結(jie)果展示了(le)多自(zi)(zi)(zi)由(you)(you)度(du)(du)(du)并行復(fu)(fu)用(yong)(yong)量子存(cun)(cun)儲(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)可行性。
研究組還進一步證明(ming)他們的(de)(de)存儲器可以在時間(jian)和(he)頻(pin)率自由(you)度(du)實(shi)(shi)現(xian)任(ren)意脈(mo)(mo)沖操(cao)作，代表(biao)性(xing)的(de)(de)操(cao)作包括脈(mo)(mo)沖排序、分束(shu)、分頻(pin)、異頻(pin)光子(zi)合束(shu)和(he)窄帶濾波等(deng)。實(shi)(shi)驗結果表(biao)明(ming)，在所有這些操(cao)作過程中，光子(zi)攜帶的(de)(de)三(san)維空(kong)間(jian)量(liang)子(zi)態都保(bao)持了約89%的(de)(de)保(bao)真度(du)。該成果還有望在線(xian)性(xing)光學(xue)量(liang)子(zi)計算(suan)等(deng)領域(yu)取(qu)得更多的(de)(de)應用。