稀土离子实现多模式量子中继及1小时光存储

稀土离子掺杂晶体在低温环境下工作的实拍照片。中国科学技术大学供图

量子不可克隆定律赋予了量子通信基于物理学原理的安全性。而这一定律也决定了光子传输损耗不能使用传统的放大器来克服，使得远程量子通信成为当今量子 的核心难题之一。量子中继和可移动量子存储是实现远程量子通信的两种可行方案，其共性需求是高性能的量子存储器。在量子中继方面，国际已有实验研究都聚焦于发射型存储器的架构，无法同时满足确定性发光和多模式复用这两个关键技术需求。可移动量子存储方面，国际上光存储的时间最长仅1分钟，无法满足可移动量子存储小时量级存储时间的需求。中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组基于稀土离子掺杂晶体研制出高性能的固态量子存储器，并在上述两条技术路线上取得了重要进展，实现了一种基于吸收型存储器的多模式量子中继，并成功将光存储时间提升至1小时。相关成果于4月22日和6月2日分别发表于《自然—通讯》和《自然》。