量子记忆效率的新记录

与计算机中的记忆一样,量子记忆是量子计算机必不可少的组成部分 - 新一代数据处理器遵循量子力学定律,可以克服经典计算机的局限性。它们可以推动基础科学的界限,帮助创造新的药物,解释宇宙学的奥秘,或者利用其强大的计算能力提高预测和优化计划的准确性。预计量子计算机比传统计算机更快,更强大,因为信息以量子位计算 - 与传统计算机中使用的旧单位(位)不同,它可以同时代表0和1。

光子量子存储器允许存储和检索飞行的单光子量子态。然而,这种高效量子存储器的生产仍然是一项重大挑战,因为它需要完美匹配的光子物质量子接口。同时,单个光子的能量太弱,很容易迷失在杂散光背景的嘈杂海洋中。长期以来,这些问题将量子记忆效率降低到50%以下 - 这是对实际应用至关重要的阈值。

这是历史上第一次由香港科技大学物理系杜旺旺教授和香港科技大学威廉旺纳米科技研究所领导的联合研究小组;来自SCNU的张善超教授,毕业于香港科技大学博士研究生;来自SCNU的YAN Hui教授和香港科技大学的前博士后研究员;来自SCNU和南京大学的朱世良教授已经找到了一种方法,将光子量子存储器的效率提高到85%以上,保真度超过99%。

该团队通过将数十亿个铷原子捕获到毛发般的微小空间中来创建这样的量子记忆 - 使用激光和磁场将这些原子冷却到接近绝对零温度(约0.00001 K)。该团队还发现了一种区分单光子和嘈杂背景光海的智能方法。这一发现使“通用”量子计算机的梦想更接近现实。这种量子存储器也可以用作量子网络中的中继器,为新一代基于量子的互联网奠定基础。

“在这项工作中,我们将一个飞行量子位编码到单个光子的偏振上,并将其存储在激光冷却的原子中,”杜教授说。“尽管在这项工作中展示的量子记忆仅用于一个量子比特操作,但它为未来新兴的量子技术和工程开辟了可能性。”