6月2日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉和包小輝教授等采用冷原子系綜在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)壽命達(dá)0.22秒、讀出效率達(dá)76%，為遠(yuǎn)距離量子中繼系統(tǒng)的構(gòu)建奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該成果5月31日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。

量子中繼可以解決光子信號(hào)在光纖內(nèi)指數(shù)衰減的重大難題，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離量子通信的重要途徑之一。量子中繼的基本原理是采用分段糾纏分發(fā)與糾纏交換相結(jié)合來(lái)拓展通信距離，其核心是量子存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)對(duì)光子比特進(jìn)行緩存，可大幅提升糾纏連接效率。為滿足遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求，量子存儲(chǔ)器需要對(duì)單量子態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)且具備高讀出效率。

近年來(lái)，量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展很快，眾多物理體系存儲(chǔ)指標(biāo)均在不斷進(jìn)步。然而，目前還沒(méi)有一個(gè)體系能夠在存儲(chǔ)時(shí)間和效率方面同時(shí)滿足量子中繼需求。冷原子系綜是量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)重要物理體系，其主要優(yōu)點(diǎn)包括操縱手段豐富、退相干機(jī)制簡(jiǎn)單等。

2012年，潘建偉、包小輝等首次實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的高效量子存儲(chǔ)器，但其存儲(chǔ)時(shí)間與遠(yuǎn)距離量子中繼實(shí)際需求相距較遠(yuǎn)。

為進(jìn)一步提升存儲(chǔ)時(shí)間，潘建偉小組近年來(lái)發(fā)展了三維光晶格限制原子運(yùn)動(dòng)等多項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)，使得原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的退相干得到大幅抑制，并最終成功實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)壽命達(dá)0.22秒、讀出效率達(dá)76%的高性能量子存儲(chǔ)器。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與2012年的工作相比，存儲(chǔ)壽命提升了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

該實(shí)驗(yàn)的重要意義在于，第一次將存儲(chǔ)壽命及讀出效率提升到能夠滿足遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求。據(jù)估算，該成果結(jié)合多模存儲(chǔ)、高效通訊波段接口等技術(shù)，從原理上可支持通過(guò)量子中繼實(shí)現(xiàn)500公里以上糾纏分發(fā)。審稿人對(duì)這一工作的重要性給予高度認(rèn)可，并稱贊這一實(shí)驗(yàn)為“非凡絕技”。（桂運(yùn)安 楊保國(guó)）