日前，我國(guó)在量子儲(chǔ)存領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院郭光燦教授團(tuán)隊(duì)研究組李傳鋒、周宗權(quán)首次研發(fā)出"按需式讀取"的可集成固態(tài)量子儲(chǔ)存器，儲(chǔ)存保真度達(dá)到99.3%±0.2%，該成果于12月28日發(fā)布在國(guó)際著名刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)大容量量子儲(chǔ)存、構(gòu)建量子網(wǎng)路意義重大。
超級(jí)安全的量子網(wǎng)路
量子儲(chǔ)存器的一個(gè)重要作用就是建立大尺度量子網(wǎng)路。
何為量子網(wǎng)路？量子網(wǎng)路是指在多個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)間，借助量子秘鑰分發(fā)進(jìn)行安全通訊的網(wǎng)路，各節(jié)點(diǎn)間的量子秘鑰可以對(duì)傳統(tǒng)的語(yǔ)音、圖像等通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和揭秘，借以解決由光線(xiàn)有線(xiàn)構(gòu)建的互聯(lián)網(wǎng)所承載的數(shù)據(jù)容易被泄露的問(wèn)題。
早在幾年前，以前為俄羅斯國(guó)家安全局工作的就向外界展示了情報(bào)部門(mén)監(jiān)控互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的方式，間諜可以通過(guò)接入光纖有線(xiàn)網(wǎng)量子通訊儲(chǔ)存，繼而監(jiān)控大量信息。最初這一風(fēng)波激勵(lì)了量子科學(xué)在保密方面的研究，即量子網(wǎng)路。
之所以還能實(shí)現(xiàn)安全通訊，是由于在量子網(wǎng)路中對(duì)量子體的任何檢測(cè)行為都是對(duì)量子體的一次更改，所以任何檢測(cè)量子信息的行為就會(huì)留下痕跡，被量子信息的接受者測(cè)量到。這是量子糾纏原理的彰顯，假如兩個(gè)位置之間共享一個(gè)糾纏的粒子對(duì)，這么無(wú)論這兩個(gè)位置相距多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的量子狀態(tài)發(fā)生改變，另一個(gè)粒子的狀態(tài)也會(huì)驟然發(fā)生改變。
正是由于量子網(wǎng)路的超級(jí)安全性，全世界都在積極推動(dòng)量子網(wǎng)路的建設(shè)，并有些許進(jìn)展，其中中國(guó)在量子網(wǎng)路建設(shè)中處于表現(xiàn)出眾，出于領(lǐng)先地位。
2014年，中國(guó)研制的遠(yuǎn)程量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全距離擴(kuò)充至200公里，刷新記錄。
2016年，中國(guó)發(fā)射全世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。
2017年，世界首列量子保密通訊干線(xiàn)"滬寧干線(xiàn)"開(kāi)通，并與"墨子號(hào)"量子衛(wèi)星結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)首次洲際距離且天地鏈路的量子保密通訊。
國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)按需式讀取
和精典的計(jì)算機(jī)網(wǎng)路一樣，量子網(wǎng)路也須要量子儲(chǔ)存器來(lái)儲(chǔ)存量子狀態(tài)，尤其是在量子網(wǎng)路中須要靠單光子來(lái)充當(dāng)理想載體，而單光子在光纖網(wǎng)路中的傳輸面臨指數(shù)級(jí)耗損，就須要靠量子中繼和量子儲(chǔ)存器來(lái)增加耗損。
具體的方式是，先將大尺度網(wǎng)路分割成多段小尺度網(wǎng)路，當(dāng)近程糾纏成功構(gòu)建時(shí)，再借助糾纏交換構(gòu)建遠(yuǎn)程糾纏，不過(guò)因?yàn)槊课唤碳m纏的構(gòu)建時(shí)間不同步，就還須要量子儲(chǔ)存器來(lái)同步這一過(guò)程。先將近程糾纏儲(chǔ)存上去，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)建成功以后，再在儲(chǔ)存器之間進(jìn)行糾纏交換。因而量子儲(chǔ)存器是建立大尺度量子網(wǎng)路的核心元件。
這次中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院郭光燦教授團(tuán)隊(duì)研究組李傳鋒、周宗權(quán)首次研發(fā)出"按需式讀取"的可集成固態(tài)量子儲(chǔ)存器，突破點(diǎn)在于"按需式讀取"，指的是光子寫(xiě)入儲(chǔ)存器以后可以依照需求決定讀出的時(shí)間。這是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)按需式讀取的可集成固態(tài)量子儲(chǔ)存器。
按照央廣網(wǎng)的報(bào)導(dǎo)，為了實(shí)現(xiàn)按需式讀取，該研究組采用一種改進(jìn)的量子儲(chǔ)存方案，即電場(chǎng)調(diào)制的原子頻度梳方案，通過(guò)引入兩個(gè)電脈沖，借助斯塔克效應(yīng)實(shí)時(shí)操控稀土離子的演變，進(jìn)而控制儲(chǔ)存器的讀出時(shí)間。
不僅構(gòu)建大尺度的量子網(wǎng)路之外，量子儲(chǔ)存器還有另外兩個(gè)重要功能，一是充當(dāng)儲(chǔ)存量子信息的載體用于建立量子計(jì)算機(jī)量子通訊儲(chǔ)存，二是實(shí)現(xiàn)量子U盤(pán)這一高靈活性、低成本的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的量子通訊方法。