宽带高速量子通信研究迈出关键一步

2015年04月07日   来源：中国科学报

近日，中国科大教授史保森领导的科研小组利用冷原子系综作为存储介质，在国际上首次利用拉曼存储协议，分别成功实现了单光子的路径和偏振混合纠缠态以及双光子偏振纠缠态的量子存储。研究成果于近日在线发表在学术刊物《自然—光子学》上。

该工作对未来实现高速、宽带量子通信具有重要意义。《自然—光子学》审稿人认为：“这是该领域第一个标志性成果，为该热点研究领域建立了一个基准点。”它的实现为未来构建基于光纤系统的高速量子网络以及高速线性量子计算奠定了坚实基础。

史保森介绍：“我们借助Sagnac干涉仪，清晰地证明了偏振纠缠的高保真存储。”

众所周知，实现宽带、高速的信息传输和处理是所有通信系统追求的目标。光量子纠缠是实现可扩展的线性量子计算和构建量子通信网络的核心量子资源，而光量子纠缠的存储则是实现量子计算和量子网络通信的关键技术之一。因此，宽带光子纠缠态的存储自然成为构建高速量子网络的基础，也是量子信息技术走向实用化和普及化必须解决的关键技术之一。此外，一个光子拥有多种自由度，例如偏振、路径以及轨道角动量等。宽带多自由度光量子混合纠缠态的存储也是实现高速量子网络的关键技术之一。

实现量子存储的方案有很多种。其中，拉曼存储协议相比于其他方案具有很多优点，如可以实现宽带信号存储、存储信号的频率具有可调性等。不过，尽管科研人员已在固体、原子气体以及分子气体等系统成功地实现了基于拉曼协议的光信息存储，但迄今为止所有光脉冲均为经典强光或衰减的弱相干光，尚无任何偏振纠缠光子的量子存储报道。（刘爱华）