原標(biāo)題：中國科大提出并實(shí)現(xiàn)“無噪聲光子回波”量子存儲方案

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（中國科大）在量子存儲及量子網(wǎng)絡(luò)研究中取得了重要進(jìn)展，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了“無噪聲光子回波”（Noiseless Photon Echo，簡稱NLPE）量子存儲方案。以下是對該方案的詳細(xì)闡述：

一、方案背景與意義

光子回波是原子與一系列電磁波脈沖相互作用時發(fā)出的相干輻射，該現(xiàn)象最早由沃爾夫獎得主歐文·哈恩（Erwin Hahn）于1950年在射頻波段發(fā)現(xiàn)，歷史上稱之為自旋回波（spin echo）。光子回波作為光與物質(zhì)作用的一種基本物理過程，已在核磁共振成像、電子順磁共振譜儀以及二維電子光譜等多個學(xué)科領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。然而，已有的光子回波方案均存在一個本質(zhì)缺陷，即光子回波的發(fā)射信號被自發(fā)輻射噪聲所污染，這從根本上阻止了光子回波應(yīng)用到量子領(lǐng)域。

二、方案創(chuàng)新點(diǎn)

為了克服這一難題，李傳鋒、周宗權(quán)研究組提出了“無噪聲光子回波”方案。該方案創(chuàng)造性地結(jié)合了不同頻率的控制脈沖以及兩次重聚過程，使得發(fā)射光子回波的上能級與殘留布居的上能級是不同能級，因此可通過頻譜濾波嚴(yán)格消除自發(fā)輻射噪聲。這一創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)使得光子回波技術(shù)能夠首次應(yīng)用于量子領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了高保真度的固態(tài)量子存儲。

三、實(shí)驗(yàn)成果

研究組在摻銪硅酸釔晶體（量子優(yōu)盤的工作介質(zhì)）中實(shí)現(xiàn)了NLPE方案，實(shí)測的背景噪聲為0.0015光子，比前人光子回波實(shí)驗(yàn)的噪聲降低了670倍（也有說法是降低了99.85%）。在單光子信號入射的條件下，回波的信噪比達(dá)42.5，光量子比特的存儲保真度達(dá)95.2%。這一成果標(biāo)志著我國在量子存儲領(lǐng)域取得了重要突破，為高性能量子存儲器的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、方案優(yōu)勢與應(yīng)用前景

NLPE方案具備高效率、高保真度及易于實(shí)現(xiàn)的特性，在量子優(yōu)盤的應(yīng)用中將具有顯著優(yōu)勢。此外，這種超低噪聲的光子回波技術(shù)還有望在其他學(xué)科領(lǐng)域的信號提取等方面激發(fā)出新的應(yīng)用。例如，在量子通信中，NLPE方案可用于實(shí)現(xiàn)長距離、高保真度的量子態(tài)傳輸；在量子計(jì)算中，則可用于構(gòu)建高性能的量子存儲器，提高量子計(jì)算的效率和穩(wěn)定性。

五、總結(jié)

中國科大提出的“無噪聲光子回波”量子存儲方案是一項(xiàng)具有原創(chuàng)性和重要意義的科研成果。該方案的實(shí)現(xiàn)不僅克服了傳統(tǒng)光子回波技術(shù)的缺陷，還為實(shí)現(xiàn)高性能量子存儲器提供了新的思路和方法。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷成熟，相信這一成果將在量子信息領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。