科研动态
量子信息存储的集成化研究进展

日期:2014-04-10 阅读:1011

信息来源:金贤敏研究组

最新一期的权威科学期刊《自然》杂志子刊《自然光子学》上刊登了我系特别研究员金贤敏及其英国牛津大学、德国马普所合作者的最新研究成果:首次在空心光纤中实现单光子级宽带光存储 [Nature Photonics 8, 287–291 (2014)],并同刊配发了采访文章[Nature Photonics 8, 340 (2014)]。这项工作标志着向实现可集成化的量子信息存储器件迈出了重要的一步。

物理学家正在各种物理体系和机制中寻找最佳的量子存储器实现形式。目前,可做到单光子级别的光存储器大多要在超低温等特殊环境下运行,系统复杂、庞大且昂贵,无法满足实用化要求。金贤敏同合作者在过去的几年中发展出了一种唯一可在室温下运行的宽带光存储技术[Science 334,1253(2011), Phys.Rev.Lett. 108,263602(2012), Phys.Rev.Lett. 110,133601(2013)]。在前期工作基础上,他们将目标瞄准可集成化的光存储装置,用装载原子气体的空心光纤代替传统的原子蒸气池,并成功实现了单光子级别的宽带光存储。这种光存储装置具有可在室温下运行、高效率和可以进行大规模集成等优点。

目前金贤敏课题组在985工程和国家自然科学基金支持下,正在上海交通大学搭建世界第二台室温宽带光存储装置,作为具有后发优势的2.0版,有望在各项指标上获得大幅提升。真正可实用化、可集成和可扩展的通用量子信息存储器将实质性地推动远距离量子通信,光量子计算和量子精密测量等领域的发展。

另外,课题组还率先在国内开展飞秒激光直写光子芯片技术与量子信息的交叉研究,在国内开展集成光学量子信息研究。与牛津大学,南安普顿大学,帝国理工学院。在量子信息芯片加工,芯片上量子态制备和操控上积累了丰富技术与经验,取得多项有重要意义的研究成果。包括完成了首个在光子芯片上的量子隐形传态,该工作演示了在芯片上的量子态制备,量子门和量子态分析,展示了芯片上进行大尺度复杂量子任务的可行性 [Nature Photonics, 8, 770-774 (2014)];首次实现多参数变量的同时最优量子精密测量[Nature Communications 5, 3532 (2014)];首次用弱场零拍探测手段观察到FOCK层级的量子相干现象等[Nature Communications, 5, 5584 (2014)]。

本工作得到了国家自然科学基金(No.11374211)、上海市教委重点项目(14ZZ020)和上海交通大学985三期工程(TS0320307202)的资助。

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