中國(guó)科大成功研制出多自由度并行復(fù)用的固態(tài)量子存儲(chǔ)器，在上初次實(shí)現(xiàn)跨越3個(gè)自由度的復(fù)用量子存儲(chǔ)，并展示了時(shí)間和頻率自由度的任意光子脈沖操作功能。該成果近日發(fā)表在期刊《自然·通訊》上。

由于光纖信道損耗的不可克服，限制了地面安全量子通信距離在百公里量級(jí)。而使用量子存儲(chǔ)器作為可以有效克服信道損耗，從而拓展量子通信的工作距離的量子中繼方案。量子存儲(chǔ)器的各個(gè)自由度都可以進(jìn)行復(fù)用。

為了進(jìn)一步提升量子存儲(chǔ)器的復(fù)用能力，中國(guó)科大在研究中，創(chuàng)新性的采用多自由度并行復(fù)用的存儲(chǔ)方案。選擇光子的時(shí)間、空間和頻率自由度進(jìn)行并行復(fù)用，在上率先實(shí)現(xiàn)了這3個(gè)自由度的復(fù)用量子存儲(chǔ)。總模式數(shù)達(dá)到2×2×3=12個(gè)，其中包括采用了2個(gè)時(shí)間模式、2個(gè)頻率模式、3個(gè)空間模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了多自由度并行復(fù)用量子存儲(chǔ)的可行性。

中國(guó)科大還使用脈沖排序，分束，分頻，異頻光子合束和窄帶濾波等，進(jìn)一步證明他們的存儲(chǔ)器可以在時(shí)間和頻率自由度實(shí)現(xiàn)任意脈沖操作。在所有這些操作過(guò)程中，光子攜帶的三維空間量子態(tài)都保持了約89%的保真度。該成果還有望在線性光學(xué)量子計(jì)算等領(lǐng)域取得更多的應(yīng)用。

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