研究目的
开发新一代量子存储器，实现近乎100%的存储-检索操作效率及高复用能力。
研究成果
报道的偏振量子比特量子存储器结合了平均条件保真度超过99%和约68%的效率，展示了可逆的量子比特映射——其中检索到的信息多于丢失的信息。切换到D1线可将效率提升至90%以上，初步结果显示单光子水平下的存储-检索效率达到85%。
研究不足
当光学深度（OD）较大时，由于激发态中的超精细相互作用引入了多个能级，这些能级通过非共振激发对介质的磁化率产生强烈影响，从而导致效率降低。
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 多路复用大光学深度冷原子系综中的高效量子存储器
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 多路复用大光学深度冷原子系综中的高效量子存储器
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873340
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
能够存储输入光子量子比特并随后以超越任何经典设备的保真度进行检索的量子存储器，是量子通信网络和光学量子信息处理中的关键组件[1]。我们的主要目标是开发新一代存储器，使其在存储-检索操作中接近100%的效率，并具备高度复用能力。近年来，我们例如实现了对轨道角动量自由度编码量子比特的存储[2]，这为未来多模态网络提供了重要能力。我们还实现了多自由度存储器，该技术不仅适用于经典数据处理，也能应用于量子网络场景——其中相位和偏振结构化的量子态已展现出优异特性[3]。最近，我们研制出针对偏振编码量子比特的高存储-检索效率复用量子存储器[4]。本文报道了一种偏振量子比特存储器，其平均条件保真度超过99%，效率约达68%，从而实现了检索信息量大于损耗的可逆量子比特映射。该量子比特采用单光子级弱相干态编码，存储器基于铯原子激光冷却长程系综中的电磁诱导透明效应，并通过空间复用实现双轨存储。综合模型（涵盖所有相关原子跃迁）表明，所报道效率已接近所用D2线跃迁的理论极限。碱金属原子激发态中的超精细相互作用确实会引入多个能级，这些能级通过非共振激发会显著影响介质极化率，从而导致光学深度（OD）较大时效率下降。该模型显示，改用D1线可使效率提升至90%以上。我们在光学深度约400的初步实验中，实现了单光子级85%的存储-检索效率。
作者：
Mingtao Cao，Félix Hoffet，Kun Huang，Pierre Vernaz-Gris，Alexandra S. Sheremet，Julien Laurat
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