【產(chǎn)通社，5月16日訊】清華大學(xué)（Tsinghua University News Center）官網(wǎng)消息，其量子信息中心段路明研究組在量子信息領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)具有225個存儲單元的原子量子存儲器，將量子存儲器存儲容量的國際記錄提高了一個多數(shù)量級。該成果的研究論文《225個存儲單元的量子存儲器的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)》（“Experimental realization of a multiplexed quantum memory with 225 individually accessible memory cells”）近日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。 

量子存儲器是實(shí)現(xiàn)長程量子通訊和量子計(jì)算機(jī)的重要部件。長程量子通訊需要量子中繼器，以克服單光子信號在傳輸信道中的指數(shù)衰減問題。2001年，段路明與合作者提出DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）方案（《自然》414, 2001），利用原子量子存儲器和單光子信道的結(jié)合以抑制衰減。該方案在量子信息領(lǐng)域引起很大反響，美國、中國、歐洲的多個研究組致力于在實(shí)驗(yàn)室上實(shí)現(xiàn)該方案，取得了系列重要進(jìn)展�！冬F(xiàn)代物理評論》（Review of Modern Physics）和《自然》曾發(fā)表專文介紹相關(guān)進(jìn)展，其中提高量子存儲器的存儲容量被認(rèn)為是量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方面的一個關(guān)鍵問題。 

此前，美國有研究組通過空間分波法，實(shí)現(xiàn)了12個存儲單元的量子存儲器。國內(nèi)有研究組利用高維態(tài)空間的方法，實(shí)現(xiàn)了3到7維光信號的量子存儲，該信號能編碼2到3個量子比特。段路明研究組引入二維量子存儲陣列的方法（如下圖所示），大大提高了量子存儲器的存儲容量，將原子存儲單元的數(shù)目增加到225個，比國際原有記錄提高了近20倍。

該實(shí)驗(yàn)利用二維可編程光路，近乎完美地保持了200多個激光光路之間的相干性，從而為量子比特相干性和量子糾纏的存儲提供了條件。實(shí)驗(yàn)利用DLCZ方案，實(shí)現(xiàn)了光子態(tài)與任意一對原子存儲單元間量子糾纏的存儲與讀取，并證明各量子存儲單元可以分別獨(dú)立操作，避免了相互干擾。這些技術(shù)為高容量量子存儲器的實(shí)現(xiàn)和量子中繼器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，審稿人認(rèn)為，“實(shí)現(xiàn)225個單元的量子存儲是量子存儲器實(shí)用化發(fā)展方面的一個重要里程碑”。

該論文第一作者為清華量子信息中心博士研究生濮云飛，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生蔣楠、楊蒿翔、常煒、李暢。項(xiàng)目得到教育部、清華大學(xué)－“九州量子”量子網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。

清華大學(xué)量子信息中心成立于2011年，由世界著名計(jì)算機(jī)學(xué)家、2000年圖靈獎得主姚期智院士領(lǐng)導(dǎo)，清華大學(xué)姚期智講座教授段路明擔(dān)任執(zhí)行主任。近幾年，清華量子信息中心在離子、金剛石、超導(dǎo)量子計(jì)算和全量子網(wǎng)絡(luò)方面取得了系列創(chuàng)新成果，在《自然》《科學(xué)》《自然》子刊、《物理評論快報(bào)》等重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文數(shù)十篇。

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