记者从中国科技大学获悉,该校合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等,与德国、奥地利的同事合作,利用对磁场不敏感的原子态来存储量子态,并通过延长自旋波波长的实验技术,在国际上首次将单量子存储的寿命延长至毫秒量级,达到1毫秒以上.该实验成果将单量子存储的寿命提高了2个数量级,向未来基于量子中继器的远距离量子通信迈出了坚实的一步.近日出版的英国《自然》子刊《自然物理》发表了这项研究成果.量子存储是量子中继器的关键部件.由于退相干机制的存在,使得已实现的量子存储的寿命都非常短,只有10微秒左右,这极大地限制了量子中继器在远距离量子通信中的实际应用.

通常认为,存储寿命短是由存储量子态的自旋波在梯度磁场下退相干所造成的.潘建伟研究小组通过对量子存储退相干机制的详细研究发现,除了磁场的影响之外,原子热运动造成的自旋波的失相(相对相位的混乱)也是导致量子存储寿命短的一个重要因素,而这一退相干机制在以往的研究中往往被忽视.基于这一发现,他们在实验中通过选择对磁场不敏感的原子“钟态”来存储量子态,同时延长自旋波激发的波长,从而将量子存储的寿命首次提高到1毫秒以上,相当于光可以在空气或光纤中传播超过300公里.审稿人评价该工作阐明并克服了一个重要的退相干机制,对光量子存储及光对物质的量子操控具有极其重要的意义.

长寿命量子存储的实验实现为各种实用化的量子信息处理开创了新的起点,对基于量子存储的线性光学量子计算和基于量子中继器的远距离量子通信具有深远的影响.该论文发表后,英国《新科学家》等多家欧美科学新闻媒体都对该成果做了专题报道.