中國科學技術大學發布消息，稱其郭光燦院士團隊在光量子存儲領域取得重要突破。該團隊李傳鋒、周宗權研究組將相干光的存儲時間提升至1小時，大幅度刷新了2013年德國團隊光存儲1分鍾的世界紀錄，向實現量子U盤邁出重要一步。該成果4月22日發表在國際知名期刊《自然·通訊》上，審稿人稱該成果是一個巨大的成就（a huge achievement）。
李傳鋒、周宗權研究組長期致力於基於稀土離子摻雜晶體的固態量子存儲實驗研究。研究組2015年自製光學拉曼外差探測核磁共振譜儀，專門用於稀土離子摻雜晶體的能級結構分析。依託該儀器，研究組精確刻畫了摻銪矽酸釔晶體光學躍遷的完整哈密頓量，並在理論上預測了ZEFOZ磁場下的能級結構[Journal of Luminescence 802, 32 (2018)]。近期課題組結合理論預言首次實驗測定摻銪矽酸釔晶體在ZEFOZ磁場下的完整能級結構。在此基礎上，研究組結合了原子頻率梳（AFC）量子存儲方案以及ZEFOZ技術，成功實現了光信號的長壽命存儲。實驗中光信號首先被AFC吸收成為銪離子系綜的光學激發，接著被轉移為自旋激發，經歷一系列自旋保護脈沖操作後，最終被讀取為光信號，總存儲時間長達1小時。通過加載相位編碼，實驗證實在經歷了1個小時存儲後，光的相位存儲保真度高達96.4 ± 2.5%。這些結果表明該裝置具有極強的相干光存儲能力以及用於量子態存儲的潛力。
該工作將光存儲時間從分鍾量級推進至小時量級，滿足了量子U盤對光存儲壽命指標的基本需求。接下來通過優化存儲效率及信噪比，有望實現量子U盤，從而可以基於經典運輸工具實現量子信息的傳輸，建立一種全新的量子信道。近期的理論研究表明，量子U盤在全球衛星量子通信、甚長基線干涉天文測量系統等領域均具有廣泛應用。審稿人表示：
「這個工作讓人們等待了很久，2015年澳大利亞國立大學團隊報導了摻銪矽酸釔晶體在ZEFOZ磁場下具有6小時的自旋相干壽命，然而實際的光信號存儲能力至今才終於得到證明（This result was a long time coming, since the ANU group showed in their seminal 2015 paper that the same material used in the current work, Eu:YSO, can maintain spin coherence for 6 hours under a ZEFOZ field and using dynamical decoupling. Actual optical storage in these conditions has proven elusive until now though）。」
存儲方案示意圖，信號光場（probe）被梳狀的原子吸收譜吸收，並被控制光場（control）存儲為自旋激發，在射頻（RF）場的操控下延長存儲時間，最終讀取為光信號。
論文第一作者是中科院量子信息重點實驗室博士研究生馬鈺。該工作得到了科技部、國家自然科學基金委、安徽省以及中國科學院的資助。周宗權得到中科院青年創新促進會的資助。
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來源：超能網
