日前，由教育部科技委組織評比的2021年度“中國高等中學(xué)十大科技進展”結(jié)果出爐。我校獨立完成的“基于稀土離子的固態(tài)量子儲存”入選2021年度“中國高等中學(xué)十大科技進展”。
量子中繼和可聯(lián)通量子儲存（簡稱量子U盤）是克服信道耗損并實現(xiàn)遠程量子通訊的兩種可行方案，其共性需求是高性能的量子儲存器。面向遠程量子通訊的重大需求，我校郭光燦教授團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組常年從事基于稀土離子參雜晶體的固態(tài)量子儲存器實驗研究。2021年，該團隊的研究取得系列重要進展。
左圖：基于吸收型儲存的量子中繼示意圖；下圖：高溫下的稀土離子參雜晶體
國際上已有的量子中繼都是基于發(fā)射型儲存器建立的，其特征是結(jié)構(gòu)簡單，但數(shù)學(xué)系統(tǒng)單一造成通信速度受限。為解決這一問題量子通訊儲存，研究組基于獨創(chuàng)的披薩結(jié)構(gòu)固態(tài)量子儲存，首次實現(xiàn)基于吸收型儲存器的量子中繼，并突顯了多模式復(fù)用在量子中繼中的通訊加速作用。該成果以封面故事論文的方式發(fā)表在《自然》期刊[594,41(2021)]。
量子U盤可以看作一種新型的量子信道，其儲存時間對應(yīng)于等效的信道耗損。研究組基于自主搭建的光學(xué)拉曼外差偵測的核磁共振譜儀，把相干光的儲存時間提高至1小時，急劇刷新了光儲存時間1分鐘的世界記錄，因而否認了量子U盤的原理可行性。該成果發(fā)表在《自然·通訊》期刊[12,2381(2021)]，并榮獲《自然·通訊》2021年度最具影響力的25篇化學(xué)類論文。
為了克服已有的固態(tài)量子儲存方案低效率的缺陷，研究組進一步提出了原創(chuàng)的“無噪音光子雜波”（echo，簡稱NLPE）量子儲存方案，在量子U盤工作介質(zhì)中實測的雜訊相比已有方案獲得了4倍的提高。該成果發(fā)表在《自然·通訊》期刊[12,4378(2021)]。
以上工作為遠程量子通訊的實現(xiàn)提供了基于稀土離子的全新解決方案，并為大尺度量子互聯(lián)網(wǎng)的建立奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。相關(guān)成果得到人民晚報、新華社、中央電視臺、、、TheTimes等國外外媒體的廣泛關(guān)注報導(dǎo)，取得了良好的科普傳播療效。
1998年以來教育部科技委每年組織評比出高等中學(xué)十大科技進展，及時宣傳高等中學(xué)重大科技成果量子通訊儲存，充分展示了院校在我國科技創(chuàng)新方面的進展，對提高院校科技的整體水平、科技創(chuàng)新能力發(fā)揮了積極作用。