11月21日消息，近完美據(jù)上海交通大學(xué)官網(wǎng)發(fā)文，突破團(tuán)隊(duì)該校物理與天文學(xué)院講席教授、瓶頸李政道研究所兼職研究員張衛(wèi)平團(tuán)隊(duì)，上海實(shí)現(xiàn)在量子信息存儲(chǔ)領(lǐng)域取得重大突破，寬帶成功研發(fā)了一種高效率、量存高保真、近完美低噪聲的突破團(tuán)隊(duì)寬帶量子存儲(chǔ)新技術(shù)。
量子存儲(chǔ)器是瓶頸構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡(luò)、量子計(jì)算與量子中繼的上海實(shí)現(xiàn)核心器件，其性能直接決定了量子信息處理的寬帶效率與可靠性。
傳統(tǒng)量子存儲(chǔ)方案在提升存儲(chǔ)效率時(shí)，量存往往會(huì)放大四波混頻噪聲，近完美導(dǎo)致量子態(tài)失真，突破團(tuán)隊(duì)嚴(yán)重制約其在高帶寬、瓶頸單光子水平下的實(shí)用化進(jìn)程。如何在保持高效率的同時(shí)有效抑制噪聲，是該領(lǐng)域長期面臨的關(guān)鍵難題。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，張衛(wèi)平團(tuán)隊(duì)從光與原子相互作用的基本機(jī)制出發(fā)，首次揭示了光脈沖時(shí)域波形與原子自旋波空間分布之間的漢克爾時(shí)空變換映射關(guān)系。
基于此，團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種智能光控自旋波壓縮策略，通過優(yōu)化控制光脈沖的時(shí)域形狀，使激發(fā)出的自旋波在空間上高度局域化，從而在不增加噪聲的前提下顯著提升存儲(chǔ)效率與保真度。
實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)采用差分進(jìn)化算法對(duì)控制光脈沖進(jìn)行智能優(yōu)化，在熱原子銣氣體中實(shí)現(xiàn)了對(duì)17納秒光脈沖的高效存儲(chǔ)與讀取。
結(jié)果顯示，該方案在單光子輸入條件下，實(shí)現(xiàn)了94.6%±1%的存儲(chǔ)效率與98.91%±0.1%的量子保真度，噪聲水平低至0.026±0.012光子/脈沖，信噪比高達(dá)38.8，噪聲-效率比僅為0.028，是高帶寬存儲(chǔ)體系首次效率突破90%的可實(shí)用瓶頸。
該成果不僅首次在寬帶條件下實(shí)現(xiàn)了“近完美”的量子存儲(chǔ)性能，也為構(gòu)建高速量子通信網(wǎng)絡(luò)、量子中繼器及連續(xù)變量量子信息系統(tǒng)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。該技術(shù)有望顯著提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的傳輸速率與距離，在500公里以上量子通信鏈路中具備重要應(yīng)用潛力。
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