記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出并實驗實現(xiàn)“無噪聲光子回波”，成功將背景噪聲從1光子降低到0.0015光子，首次觀察到單光子的光子回波并實現(xiàn)高保真度的固態(tài)量子存儲。該成果7月19日發(fā)表于《自然·通訊》。審稿人認為，這是通往高性能量子存儲器的一項重要進展。

光子回波是原子與一系列電磁波脈沖相互作用時發(fā)出的相干輻射，是存儲和操縱光的有力工具。光子回波作為光與物質(zhì)作用的一種基本物理過程，已在眾多學科領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，代表性應(yīng)用有核磁共振成像(射頻波段)、電子順磁共振譜儀(微波段)、二維電子光譜(光波段)等，其中自旋回波是射頻波段的光子回波。如果把光子回波應(yīng)用到量子領(lǐng)域，則有望實現(xiàn)任意波段的光量子存儲器，從而建立超導量子計算機的微波光子學界面以及建立基于光波光子的大尺度量子網(wǎng)絡(luò)。然而，已有的光子回波方案均存在一個本質(zhì)缺陷，即光子回波的發(fā)射信號被自發(fā)輻射噪聲所污染，這從根本上阻止了光子回波應(yīng)用到量子領(lǐng)域。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出的“無噪聲光子回波”方案，創(chuàng)造性地結(jié)合不同頻率的控制脈沖以及兩次重聚過程，可通過頻譜濾波嚴格消除自發(fā)輻射噪聲。他們在摻銪硅酸釔晶體(量子優(yōu)盤的工作介質(zhì))中實現(xiàn)了“無噪聲光子回波”方案，實測的背景噪聲為0.0015光子，比之前光子回波實驗的噪聲降低了99.85%。在單光子信號入射的條件下，回波信噪比達42.5，光量子比特的存儲保真度達95.2%。

該原創(chuàng)性方案具備高效率、高保真度及易于實現(xiàn)的特性，在量子優(yōu)盤應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，這種新技術(shù)還有望在其他學科領(lǐng)域信號提取等方面激發(fā)出新應(yīng)用。(科技日報記者 吳長鋒)

關(guān)鍵詞： 固態(tài)量子存儲 無噪聲光子回波 單光子 光子回波