我国科学家利用腔增强，实现热原子气体高保真度量子存储

近日，我国科学家利用腔增强方法，在热原子气室中实现了高效率和低噪声的量子存储。

腔增强量子存储示意图，图片来自山西大学光电研究所

高效率高保真度量子存储是实现量子网络的重要基础，可以应用于分布式量子计算和量子磁力计等量子信息与量子测量系统。

虽然量子存储的研究已经取得很大进展，但目前完成的量子存储方案，难以在实现高存储效率同时，获得低背景噪声。然而，为了实现高质量的量子存储，需要高效率和低噪声兼容。特别是为了存储量子水平的微弱信号，背景噪声必须达到光场噪声的标准量子极限。

此次，山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室由彭堃墀院士领导的量子光学基础和应用研究室，贾晓军教授课题组利用腔增强方法在热原子气室中实现了高效率和低噪声的量子存储。研究成果发表于《自然通信》(Nature Communications)。

图片来自《自然通信》(Nature Communications)

由于信号模式和光学谐振腔共振，存储作用可以被有效增强。同时，在其他系统中难以消除的四波混频等噪声被谐振腔抑制。前述实验第一次将时间反演对称方法应用于模式匹配，获得接近完美的模匹配效果，直接测量的存储效率达到67%，背景噪声接近量子噪声极限。实验表明，对于不同强度与位相的输入光学信号，其存储保真度均超越了经典边界，突破了经典光学存储极限。

前述实验系统紧凑简单，适用于非经典光场的存储，为开发高性能量子存储提供了技术支撑，对构建实用化连续变量量子信息网络具有参考价值。此研究获得国家自然科学基金国家杰出青年基金、优秀青年基金、重点项目、面上项目以及科技部重点研发计划等项目支持。