中國科大實現“無噪聲光子回波”量子存儲方案

中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組提出并實驗實現“無噪聲光子回波”，成功將背景噪聲從1光子降低到0.0015光子，首次觀察到單光子的光子回波并實現高保真度的固態量子存儲。該成果已于7月19日發表于《自然·通訊》，對研發量子優盤和量子網絡具有重要意義。

光子回波是原子與一系列電磁波脈沖相互作用時發出的相干輻射，是存儲和操縱光的有力工具。光子回波作為光與物質作用的一種基本物理過程，已在眾多學科領域取得廣泛應用，代表性應用有核磁共振成像（射頻波段）、電子順磁共振譜儀（微波段）、二維電子光譜（光波段）等，其中自旋回波是射頻波段的光子回波。如果把光子回波應用到量子領域，則有望實現任意波段的光量子存儲器，從而建立超導量子計算機的微波光子學界面以及建立基于光波光子的大尺度量子網絡。

然而，已有的光子回波方案均存在一個本質缺陷，即光子回波的發射信號被自發輻射噪聲所污染，這從根本上阻止了光子回波應用到量子領域。

李傳鋒、周宗權研究組提出的“無噪聲光子回波”方案，創造性地結合不同頻率的控制脈沖以及兩次重聚過程，可通過頻譜濾波嚴格消除自發輻射噪聲。他們在摻銪硅酸釔晶體中實現了“無噪聲光子回波”方案，實測的背景噪聲為0.0015光子，比之前光子回波實驗的噪聲降低了99.85%。在單光子信號入射的條件下，回波信噪比達42.5，光量子比特的存儲保真度達95.2%。

該原創性方案具備高效率、高保真度及易于實現的特性，在量子優盤應用中具有顯著優勢。《自然·通訊》審稿人認為，這是通往高性能量子存儲器的一項重要進展。這種新技術還有望在其他學科領域信號提取等方面激發出新應用。