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合肥《科技日报》8月29日讯记者从中国科技大学获悉，该校郭广灿院士团队李传峰、周宗全等人成功研制出多自由度并行复用固态量子存储器，在世界上首次实现了跨越三个自由度的复用量子存储器，并演示了任意时间和频率自由度的光子脉冲的运算功能。该结果最近发表在国际期刊《自然通讯》上。
由于不可逾越的光纤信道损耗，地面安全量子通信距离目前被限制在100公里左右。基于量子存储器的量子中继方案能够有效克服信道损耗，扩大量子通信的工作距离，因此量子存储器是未来远程量子通信和量子网络的核心器件。对于量子存储器，由于其量子相干性，一个存储单元可以同时存储大量的量子比特，这就是复用的概念。原则上，量子存储器的所有自由度都可以复用。
为了进一步提高量子存储器的复用能力，课题组创新性地采用了多自由度并行复用存储方案。例如，如果第一自由度有m个存储模式，第二自由度有n个模式，第三自由度有P个模式，那么量子存储器中复用模式的总数就是每个自由度的模式数的乘积，即M×N×P。研究小组选择光子的时间，空和频率自由度进行并行复用，是世界上第一个实现这三个自由度的复用量子存储。实验中采用了2种时间模式、2种频率模式和3 空模式，模式总数达到2×2×3=12。实验结果表明了多自由度并行复用量子存储的可行性。
研究小组进一步证明，他们的记忆可以在时间和频率的自由度上实现任何脉冲操作。代表性的操作包括脉冲排序、分束、分频、不同频率光子束组合和窄带滤波。实验结果表明，在所有这些操作中，光子携带的三维空量子态的保真度约为89%。该结果有望在线性光量子计算等领域获得更多的应用。(记者吴长锋)
