我國量子存儲器取得重大進展！世界首次實現“按需讀取”

近日，我國在量子存儲領域取得重大進展。

中國科學技術大學郭光燦院士團隊研究組李傳鋒、周宗權首次研制出“按需式讀取”的可集成固態量子存儲器，存儲保真度達到99.3%±0.2%，該成果于12月28日發布在國際知名期刊《物理評論快報》上，這對于實現大容量量子存儲、構建量子網絡意義重大。

超級安全的量子網絡

量子存儲器的一個重要作用就是構建大尺度量子網絡。

何為量子網絡？量子網絡是指在多個通信節點間，利用量子密鑰分發進行安全通信的網絡，各節點間的量子密鑰可以對傳統的語音、圖像等通信數據進行加密和解密，旨在解決由光線有線建立的互聯網所承載的數據容易被竊取的問題。

早在幾年前，曾經為美國國家安全局工作的Edward Snowden就向外界展示了情報部門監控互聯網數據的方法，間諜可以通過接入光纖有線網，從而監控大量信息。最初這一事件激勵了量子科學在保密方面的研究，即量子網絡。

之所以能夠實現安全通信，是因為在量子網絡中對量子體的任何測量行為都是對量子體的一次修改，所以任何監測量子信息的行為都會留下痕跡，被量子信息的接受者檢測到。這是量子糾纏原理的體現，如果兩個位置之間共享一個糾纏的粒子對，那么無論這兩個位置相距多遠，一個粒子的量子狀態發生改變，另一個粒子的狀態也會隨之發生改變。

正是因為量子網絡的超級安全性，全世界都在積極推進量子網絡的建設，并有些許進展，其中中國在量子網絡建設中處于表現出色，出于領先地位。

2014年，中國研發的遠程量子密鑰分發系統的安全距離擴展至200公里，刷新記錄。

2016年，中國發射全世界首顆量子科學實驗衛星。

2017年，世界首條量子保密通信干線“京滬干線”開通，并與“墨子號”量子衛星結合，實現人類首次洲際距離且天地鏈路的量子保密通信。 

國際上首次實現按需式讀取

和經典的計算機網絡一樣，量子網絡也需要量子存儲器來存儲量子狀態，尤其是在量子網絡中需要靠單光子來充當理想載體，而單光子在光纖網絡中的傳輸面臨指數級損耗，就需要靠量子中繼和量子存儲器來降低損耗。

具體的方法是，先將大尺度網絡分割成多段小尺度網絡，當短程糾纏成功建立時，再利用糾纏交換建立遠程糾纏，不過由于每個短程糾纏的建立時間不同步，就還需要量子存儲器來同步這一過程。先將短程糾纏存儲起來，當所有節點建立成功之后，再在存儲器之間進行糾纏交換。因此量子存儲器是構建大尺度量子網絡的核心器件。

此次中國科學技術大學郭光燦院士團隊研究組李傳鋒、周宗權首次研制出“按需式讀取”的可集成固態量子存儲器，突破點在于“按需式讀取”，指的是光子寫入存儲器之后可以根據需求決定讀出的時間。這是國際上首次實現按需式讀取的可集成固態量子存儲器。

根據央廣網的報道，為了實現按需式讀取，該研究組采用一種改進的量子存儲方案，即電場調制的原子頻率梳方案，通過引入兩個電脈沖，利用斯塔克效應實時操控稀土離子的演化，從而控制存儲器的讀出時間。

除了建立大尺度的量子網絡之外，量子存儲器還有另外兩個重要功能，一是充當存儲量子信息的載體用于構建量子計算機，二是實現量子U盤這一高靈活性、低成本的點對點的量子通信方式。

本文參考來源：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1687677839772802054&wfr=spider&for=pc

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.260504

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