清華大學量子信息中心段路明研究組在量子信息領(lǐng)域取得重要進展,，首次實現(xiàn)具有225個存儲單元的原子量子存儲器,，將量子存儲器存儲容量的國際記錄提高了一個多數(shù)量級,。該成果的研究論文《225個存儲單元的量子存儲器的實驗實現(xiàn)》（“Experimental realization of a multiplexed quantum memory with 225 individually accessible memory cells”）近日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）,。

量子存儲器二維存儲陣列示意圖

量子存儲器是實現(xiàn)長程量子通訊和量子計算機的重要部件,。長程量子通訊需要量子中繼器,，以克服單光子信號在傳輸信道中的指數(shù)衰減問題,。2001年,，段路明與合作者提出DLCZ（Duan－Lukin－Cirac－Zoller）方案（《自然》414,， 2001），利用原子量子存儲器和單光子信道的結(jié)合以抑制衰減,。該方案在量子信息領(lǐng)域引起很大反響,，美國、中國,、歐洲的多個研究組致力于在實驗室上實現(xiàn)該方案,，取得了系列重要進展?！冬F(xiàn)代物理評論》（Review of Modern Physics）和《自然》曾發(fā)表專文介紹相關(guān)進展,，其中提高量子存儲器的存儲容量被認為是量子中繼器實驗實現(xiàn)方面的一個關(guān)鍵問題。

原子量子存儲器陣列實驗裝置示意圖

此前,，美國有研究組通過空間分波法,，實現(xiàn)了12個存儲單元的量子存儲器。國內(nèi)有研究組利用高維態(tài)空間的方法,，實現(xiàn)了3到7維光信號的量子存儲,，該信號能編碼2到3個量子比特。段路明研究組引入二維量子存儲陣列的方法（如下圖所示）,，大大提高了量子存儲器的存儲容量,，將原子存儲單元的數(shù)目增加到225個，比國際原有記錄提高了近20倍,。

實驗演示任意原子存儲單元與光子間的量子糾纏存儲

該實驗利用二維可編程光路,，近乎完美地保持了兩百多個激光光路之間的相干性，從而為量子比特相干性和量子糾纏的存儲提供了條件,。實驗利用DLCZ方案,，實現(xiàn)了光子態(tài)與任意一對原子存儲單元間量子糾纏的存儲與讀取，并證明各量子存儲單元可以分別獨立操作,，避免了相互干擾,。這些技術(shù)為高容量量子存儲器的實現(xiàn)和量子中繼器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),，審稿人認為，“實現(xiàn)225個單元的量子存儲是量子存儲器實用化發(fā)展方面的一個重要里程碑”,。