中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室潘建偉院士及其同事包小輝、趙博等同德國研究人員合作實驗實現了具有高讀出效率及長存儲壽命的高性能量子存儲器。該實驗在國際上首次將長存儲壽命和高讀出效率在單個存儲器內結合起來，向可升級長程量子通信及可升級光學量子計算邁出了至關重要的一步。該成果近日發表于《自然·物理學》雜志上。
量子存儲器是量子中繼及大尺度光學量子計算中的關鍵器件，其核心性能指標是存儲壽命和讀出效率。在以往研究中，延長存儲壽命和提高讀出效率這兩部分往往分開進行，使得存儲壽命和讀出效率這兩個主要指標沒有得到同步提升。具體來講，在以往實現長壽命量子存儲的實驗中，盡管存儲壽命已經提升至毫秒量級以上，但讀出效率卻僅為20%左右；在實現高效量子存儲的實驗中，盡管讀出效率已經提升70%以上，但存儲壽命卻僅有幾百納秒到幾微秒左右。僅單一性能指標較好的量子存儲器無法滿足量子中繼及光學量子計算等的實際應用需求。
研究表明，通過采取共線讀寫的幾何結構延長自旋波波長可以提升存儲壽命，通過采取光腔增強的方式可以提升讀出效率。這兩部分相結合帶來的一個重要技術難題是，需要實現光腔與4個模式的同時共振。潘建偉小組通過巧妙的方案設計將這一四重共振的技術難題簡化為雙重共振，降低了實驗難度。經過課題組成員的艱苦努力，并通過一系列其他技術難題的攻克，最終成功實現了3.2毫秒的存儲壽命及73%的讀出效率。該成果為目前國際上量子存儲綜合性能指標最好的實驗結果。
論文審稿人認為，該工作“是朝向可升級量子信息處理方向的重要研究成果”，“開啟了利用多個原子系綜研究復雜量子信息方案的大門”。(新華網)