可存储偏振量子比特的高保真固态自旋波量子存储器

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栏目：SHORT COMMUNICATION

A faithful solid-state spin-wave quantum memory for polarization qubits

Ming Jin, You-Zhi Ma, Zong-Quan Zhou, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo

Science Bulletin, 2022, 67(7): 676–678

doi: 10.1016/j.scib.2022.01.019

01

简介

偏振编码的量子比特具有单模式传输、操作精度高和抗干扰能力强的特点, 在量子信息任务中获得了广泛的应用. 对偏振量子比特的高保真存储, 是构建大尺度量子网络的基本需求. 固体材料的光吸收一般是各向异性的, 所以已有的偏振固态量子存储器需要两块晶体或两次通过单块晶体, 导致装置复杂且可靠性不高. 本研究利用Y₂SiO₅晶体中第二类替位¹⁵¹Eu³⁺的均匀吸收特性, 结合高信噪比的无噪声光子回波量子存储方案, 最终基于单次通过的单块晶体即可实现对偏振量子比特的高保真量子存储. 使用单光子级的弱相干脉冲作为入射, 实测的量子存储过程保真度达到了0.919(24),显著超出了使用经典的测量和制备策略可以获得的保真度上限. 这种紧凑的存储器件为实现量子U盘和基于量子存储的量子网络提供了有利的解决方案.

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图表速览

Fig. 1 (a) Energy level structure of  at site 2 of  crystals at zero magnetic field. The laser is resonant with the  transition with a frequency of 516.6968 THz. The solid arrows (yellow, blue and green) indicate the transitions occurred during the NLPE storage sequence. The dashed arrow (red) represents the back pump light   used in the initialization process. (b) Photon counting histograms with the input state of and projection measurements in  (red solid line) and  (blue dotted line). The black dashed line represents the input pulse. (c) The real part of the reconstructed process matrix.  is 0.919 and all imaginary numbers of  are close to zero with the maximum of 0.055.

Table 1 Relative transition probabilities.

03

本文通讯作者

周宗权  教授  中国科学技术大学光学与光学工程系. 主要研究兴趣为围绕固态量子存储器的量子信息以及基础物理学问题.

李传锋  教授  中国科学技术大学光学与光学工程系. 主要研究方向构建有特色的量子纠缠网络，利用量子信息技术研究量子物理.

Short Communication

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