基于冷原子电磁诱导透明的超窄线宽量子纠缠存储实验研究

量子信息存储技术是量子通信和量子计算的核心。量子通信中的信息载体是单个光子，由于不可避免的损耗和退相干，能够实现的安全距离和传输速率都受到很大的限制。为了实现大尺度量子安全通信网络，目前最可行的方案就是结合量子纠缠交换和量子存储的量子中继器。量子计算中也需要通过量子存储同步多对纠缠，以实现具有百个至千个量子比特的量子处理器。诚然，量子存储既是量子中继和量子计算机的关键性设备也是其发展的瓶颈。一个亟需攻破的课题就是量子纠缠的直接存储。为了实现这一目标，首先，我们利用矩形线圈的磁光阱囚禁高密度的Rb87原子系综以产生大光学厚度的量子存储介质。然后，在冷原子团中建立两套电磁诱导透明（EIT）机制的存储单元，分别用来存储单光子极化态的两个正交极化模。利用腔增强的光参量下转换方法，制备适合于量子存储的单模的窄带极化纠缠光子源。最后，将纠缠存入冷原子系综中并控制的高保真度的读出。

量子信息存储技术是量子通信和量子计算的核心。可以通过同步随机的量子过程实现量子中继器，将量子保密通信距离扩展到几千公里，还可以用于同步制备具有百个至千个量子比特的可实用化的量子处理器。可见，量子存储既是量子保密通信和量子计算机的关键性设备也是其发展的瓶颈。一个亟待功破的课题就是量子纠缠的直接存储。本项目出色地实现既定目标，我们国际上首次实现了将参量下转换纠缠光子直接存储进冷原子系综；首次实现了量子纠缠的全息密集存储。另外我们还展开了相关延伸性研究，首次提出并实验演示了量子错误探测方案；首次提出并实验演示可用于高精密测量的时分序列路径纠缠态。更重要的是，通过国际合作掌握了国际顶尖的宽带光存储技术，为取得该领域研究的关键性突破做好了准备。. 本项目共在权威期刊发表文章7篇，包括Nature Photonics 1篇，Physical Review Letters 3篇， Scientific Reports 2篇，这其中有3篇的第一作者和通讯作者为项目负责人金贤敏。