中国科大成功研制出多自由度并行复用的固态量子存储器，在上初次实现跨越3个自由度的复用量子存储，并展示了时间和频率自由度的任意光子脉冲操作功能。该成果近日发表在期刊《自然·通讯》上。
由于光纤信道损耗的不可克服，限制了地面安全量子通信距离在百公里量级。而使用量子存储器作为可以有效克服信道损耗，从而拓展量子通信的工作距离的量子中继方案。量子存储器的各个自由度都可以进行复用。
为了进一步提升量子存储器的复用能力，中国科大在研究中，创新性的采用多自由度并行复用的存储方案。选择光子的时间、空间和频率自由度进行并行复用，在上率先实现了这3个自由度的复用量子存储。总模式数达到2×2×3=12个，其中包括采用了2个时间模式、2个频率模式、3个空间模式。实验结果展示了多自由度并行复用量子存储的可行性。
中国科大还使用脉冲排序，分束，分频，异频光子合束和窄带滤波等，进一步证明他们的存储器可以在时间和频率自由度实现任意脉冲操作。在所有这些操作过程中，光子携带的三维空间量子态都保持了约89%的保真度。该成果还有望在线性光学量子计算等领域取得更多的应用。
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