中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布消息，稱其郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在光量子存儲(chǔ)領(lǐng)域取得重要突破。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組將相干光的存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)，大幅度刷新了2013年德國團(tuán)隊(duì)光存儲(chǔ)1分鐘的世界紀(jì)錄，向?qū)崿F(xiàn)量子U盤邁出重要一步。該成果4月22日發(fā)表在國際知名期刊《自然·通訊》上，審稿人稱該成果是一個(gè)巨大的成就（a huge achievement）。
李傳鋒、周宗權(quán)研究組長期致力于基于稀土離子摻雜晶體的固態(tài)量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。研究組2015年自制光學(xué)拉曼外差探測(cè)核磁共振譜儀，專門用于稀土離子摻雜晶體的能級(jí)結(jié)構(gòu)分析。依托該儀器，研究組精確刻畫了摻銪硅酸釔晶體光學(xué)躍遷的完整哈密頓量，并在理論上預(yù)測(cè)了ZEFOZ磁場(chǎng)下的能級(jí)結(jié)構(gòu)[Journal of Luminescence 802, 32 （2018）]。近期課題組結(jié)合理論預(yù)言首次實(shí)驗(yàn)測(cè)定摻銪硅酸釔晶體在ZEFOZ磁場(chǎng)下的完整能級(jí)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，研究組結(jié)合了原子頻率梳（AFC）量子存儲(chǔ)方案以及ZEFOZ技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的長壽命存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中光信號(hào)首先被AFC吸收成為銪離子系綜的光學(xué)激發(fā)，接著被轉(zhuǎn)移為自旋激發(fā)，經(jīng)歷一系列自旋保護(hù)脈沖操作后，最終被讀取為光信號(hào)，總存儲(chǔ)時(shí)間長達(dá)1小時(shí)。通過加載相位編碼，實(shí)驗(yàn)證實(shí)在經(jīng)歷了1個(gè)小時(shí)存儲(chǔ)后，光的相位存儲(chǔ)保真度高達(dá)96.4 ± 2.5%。這些結(jié)果表明該裝置具有極強(qiáng)的相干光存儲(chǔ)能力以及用于量子態(tài)存儲(chǔ)的潛力。
該工作將光存儲(chǔ)時(shí)間從分鐘量級(jí)推進(jìn)至小時(shí)量級(jí)，滿足了量子U盤對(duì)光存儲(chǔ)壽命指標(biāo)的基本需求。接下來通過優(yōu)化存儲(chǔ)效率及信噪比，有望實(shí)現(xiàn)量子U盤，從而可以基于經(jīng)典運(yùn)輸工具實(shí)現(xiàn)量子信息的傳輸，建立一種全新的量子信道。近期的理論研究表明，量子U盤在全球衛(wèi)星量子通信、甚長基線干涉天文測(cè)量系統(tǒng)等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。審稿人表示：
“這個(gè)工作讓人們等待了很久，2015年澳大利亞國立大學(xué)團(tuán)隊(duì)報(bào)道了摻銪硅酸釔晶體在ZEFOZ磁場(chǎng)下具有6小時(shí)的自旋相干壽命，然而實(shí)際的光信號(hào)存儲(chǔ)能力至今才終于得到證明（This result was a long time coming, since the ANU group showed in their seminal 2015 paper that the same material used in the current work, Eu:YSO, can maintain spin coherence for 6 hours under a ZEFOZ field and using dynamical decoupling. Actual optical storage in these conditions has proven elusive until now though）。”
存儲(chǔ)方案示意圖，信號(hào)光場(chǎng)（probe）被梳狀的原子吸收譜吸收，并被控制光場(chǎng)（control）存儲(chǔ)為自旋激發(fā)，在射頻（RF）場(chǎng)的操控下延長存儲(chǔ)時(shí)間，最終讀取為光信號(hào)。
論文第一作者是中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生馬鈺。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、安徽省以及中國科學(xué)院的資助。周宗權(quán)得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助。