寬帶高速量子通信研究邁出關(guān)鍵一步

近日，中國科大教授史保森領(lǐng)導(dǎo)的科研小組利用冷原子系綜作為存儲介質(zhì)，在國際上首次利用拉曼存儲協(xié)議，分別成功實現(xiàn)了單光子的路徑和偏振混合糾纏態(tài)以及雙光子偏振糾纏態(tài)的量子存儲。研究成果于近日在線發(fā)表在學(xué)術(shù)刊物《自然―光子學(xué)》上。

該工作對未來實現(xiàn)高速、寬帶量子通信具有重要意義。《自然―光子學(xué)》審稿人認為：“這是該領(lǐng)域第一個標志性成果，為該熱點研究領(lǐng)域建立了一個基準點?！彼膶崿F(xiàn)為未來構(gòu)建基于光纖系統(tǒng)的高速量子網(wǎng)絡(luò)以及高速線性量子計算奠定了堅實基礎(chǔ)。

史保森介紹：“我們借助sagnac干涉儀，清晰地證明了偏振糾纏的高保真存儲。”

眾所周知，實現(xiàn)寬帶、高速的信息傳輸和處理是所有通信系統(tǒng)追求的目標。光量子糾纏是實現(xiàn)可擴展的線性量子計算和構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心量子資源，而光量子糾纏的存儲則是實現(xiàn)量子計算和量子網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，寬帶光子糾纏態(tài)的存儲自然成為構(gòu)建高速量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，也是量子信息技術(shù)走向?qū)嵱没推占盎仨毥鉀Q的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，一個光子擁有多種自由度，例如偏振、路徑以及軌道角動量等。寬帶多自由度光量子混合糾纏態(tài)的存儲也是實現(xiàn)高速量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

實現(xiàn)量子存儲的方案有很多種。其中，拉曼存儲協(xié)議相比于其他方案具有很多優(yōu)點，如可以實現(xiàn)寬帶信號存儲、存儲信號的頻率具有可調(diào)性等。不過，盡管科研人員已在固體、原子氣體以及分子氣體等系統(tǒng)成功地實現(xiàn)了基于拉曼協(xié)議的光信息存儲，但迄今為止所有光脈沖均為經(jīng)典強光或衰減的弱相干光，尚無任何偏振糾纏光子的量子存儲報道。