记者8月28日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、周宗权等人成功研制出多自由度并行复用的固态量子存储器，在国际上首次实现跨越三个自由度的复用量子存储，并展示了时间和频率自由度的任意光子脉冲操作功能。该成果8月24日发表在国际权威期刊《自然·通讯》上。
由于不可克服的光纤信道损耗，目前地面安全量子通信距离被限制在百公里量级。基于量子存储器的量子中继方案，可以有效克服信道损耗从而拓展量子通信的工作距离，所以量子存储器是未来长程量子通信和量子网络的核心器件。量子网络实用化的关键指标是通信速率，而多模式复用量子存储器可以极大地提升量子网络的通信速率。对于经典的存储器，如硬盘或者优盘等，其一个存储单元一次只能存储一个比特。而量子存储器，由于具有量子相干性，其一个存储单元可以一次性存储大量的量子比特，这就是复用的概念。
近年来，李传锋研究组一直致力于基于稀土掺杂晶体的复用量子存储的实验研究，至今保持复用固态量子存储的模式数世界最高水平。为了进一步提升量子存储器的复用能力，研究组创新性地采用多自由度并行复用的存储方案，在国际上率先实现了跨越光子的时间、空间和频率三个自由度的复用量子存储。实验中采用了2个时间模式、2个频率模式、3个空间模式，总模式数达到2×2×3=12个，实验结果展示了多自由度并行复用量子存储的可行性。这种提升量子存储模式数的新方法，将在量子网络和量子优盘的研究中具有重要应用。
在多模式复用的长程量子通信中，不同的中继节点必须把工作模式变换到同一模式，这就需要模式变换功能。研究组巧妙地设计存储方案和存储装置，展现他们的多自由度复用量子存储器在时间及频率自由度具备任意模式变换功能。研究组进一步证明他们的存储器可以在时间和频率自由度实现任意脉冲操作，并有望在线性光学量子计算等领域取得更多的应用。（记者：桂运安）
