來自清華大學(xué)的消息顯示，近日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明研究組在量子存儲領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，其首次在實(shí)驗(yàn)中借助對多諧振器系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了對單光子水平微波脈沖的保相存儲和讀取，并利用此方法展示了對時(shí)分編碼量子比特(time-bin qubit)的按需存取。
據(jù)了解，量子存儲器是構(gòu)建長程量子通信和大規(guī)模量子計(jì)算系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)工作頻段主要分為光量子存儲器和微波量子存儲器兩類。
其中，基于固體系統(tǒng)和冷原子系綜的光量子存儲器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對多種光子量子態(tài)的高效、高保真度存儲，有望在長程量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用;微波量子存儲器主要工作在超導(dǎo)量子比特的特征頻段，全功能性的微波存儲器是馮諾依曼架構(gòu)下超導(dǎo)量子計(jì)算系統(tǒng)的必備模塊，如何借助微波量子存儲器實(shí)現(xiàn)“飛行量子比特”(flying qubit)與靜態(tài)量子比特的高效轉(zhuǎn)換是該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員將超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)作為可控電感嵌入共平面波導(dǎo)諧振腔構(gòu)建出可快速調(diào)頻的微波諧振器，通過對每個(gè)超導(dǎo)量子干涉器磁通量的精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可快速收展的頻率梳結(jié)構(gòu);通過對頻率梳在不同階段的動態(tài)調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)了對帶寬 10MHz~55MHz 的單光子水平弱相干態(tài)微波光子的可控存入和讀取。
除此之外，頻率梳的存儲過程具有很高的相位保真度并且可同時(shí)存儲多個(gè)模式的脈沖光子，基于此，研究人員實(shí)現(xiàn)了對一個(gè)時(shí)分編碼飛行量子比特的按需存取。
該器件結(jié)構(gòu)類似一個(gè)原子頻率梳，將諧振腔作為人工原子提供了更多的設(shè)計(jì)和調(diào)控自由度，并且能夠兼容超導(dǎo)量子計(jì)算芯片工藝和結(jié)構(gòu)，易于集成，對于發(fā)展含存儲模塊的超導(dǎo)量子計(jì)算系統(tǒng)有重要價(jià)值。
該成果于近日在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上發(fā)表。論文第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院博士生鮑增暉，通訊作者為段路明教授和張宏毅助理研究員，其他作者包括交叉信息研究院博士生王志凌、李嚴(yán)、馬程，博士后吳宇愷以及宋祎璞研究員，該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號 11874235)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(項(xiàng)目編號 2016YFA0301902)、教育部量子信息前沿科學(xué)中心、清華大學(xué)科研啟動項(xiàng)目、清華大學(xué)水木學(xué)者計(jì)劃和博士后國際交流計(jì)劃引進(jìn)項(xiàng)目的資助與支持。
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