本文由中国科学技术学院李传锋院长撰写，介绍华东师范学院朱诗亮、颜辉课题组，台湾科技学院杜胜望院长等人合作完成的文章。
量子储存是量子信息领域的关键技术之一，在量子通讯和量子估算等方向均有重要应用[1]。例如，量子中继是实现长程量子通讯的重要方案，而量子储存器则是构成量子中继的基本器件之一。
精典信息的基本单元是比特，只有0和1两种状态，而量子信息的基本单元是量子比特，可以处于量子叠加态。光子具有传输速率快、与环境耦合弱等优点，是量子信息的天然载体。量子储存就是把光子所携带的量子态相干地转换到储存介质中量子通讯储存，并尽量使光子不被耗损掉;储存一段时间后，等须要用这个量子态时能够把它相干地转换回光子上。
评判量子储存过程品质的指标有储存保真度、存储效率、存储时间等[2]。要想实现量子中继等功能，须要提高量子储存的各项指标。常见的量子储存介质有冷原子[3]、热原子[4]、腔内单个原子[5]和稀土离子参杂晶体[6]等系统。每种量子储存介质都有自己的特性，在提高各项指标的过程中也会碰到各自的问题。
冷原子系统具有与光的互相作用强等优点，弱相干光否认其可以被拿来实现高效率的量子储存。但是要实现单光子的高效率量子储存须要解决两个困局：
抑制噪音。因为讯号是单光子，所以必须把噪音抑制到远大于单个光子的水平。
单光子和冷原子系统的模式匹配。只有两者模式匹配，能够把单光子的量子态转换成冷原子的量子态进行储存。
华东师范学院朱诗亮与颜辉课题组和新加坡科技学院杜胜望院长等人[7]合作在上发表题为“for-”的研究论文。她们通过常年的理论探求和实验设计，解决了冷原子系统中的以上两个困局。
实验运用二维磁光阱技术，将铷原子气温冷却到200μK，并获得长条型冷原子团；结合明线磁光阱和塞曼子基态制备技术，将冷原子的光学长度提升到了500。通过把控制光调整到和讯号光不重合，而是有个2.2°的倾角，有效解决了抑制噪音困局。单光子源由另一个磁光阱中的铷原子团通过触发形成，借助空间光调制技术有效解决了单光子和冷原子系统模式匹配困局。最后借助电磁诱导透明技术实现了单光子储存效率90.6%。通过对单光子偏振光编码进行储存实验，得到了高达85%的量子储存效率和99%的保真度(图1)。
图1量子储存的保真度(a)与储存效率(b)[7]
该实验中的量子储存效率创造了目前世界最高水平，是量子储存领域的重要进展之一。本储存过程尚需提升之处在于存贮时间只有毫秒量级，而要想在量子中继等方向有实际应用，储存时间须要达到微秒量级量子通讯储存，可行的方式有进一步提升真空度和减小禁锢势等。
参考文献