中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國際上率先研制成功高維固態(tài)量子存儲(chǔ)器。該實(shí)驗(yàn)室李傳鋒研究組在固態(tài)系統(tǒng)中首次實(shí)現(xiàn)對(duì)三維量子糾纏態(tài)的量子存儲(chǔ)，保真度高達(dá)99.1%，存儲(chǔ)帶寬達(dá)1GHz，存儲(chǔ)效率為20%，并實(shí)驗(yàn)證明該存儲(chǔ)器具有高達(dá)51維量子態(tài)的存儲(chǔ)能力。研究成果發(fā)表在8月13日的《物理評(píng)論快報(bào)》上[Phys. Rev. Lett. 115, 070502 (2015)]。

遠(yuǎn)程量子糾纏是實(shí)現(xiàn)長程量子通信、分布式量子計(jì)算及量子精密計(jì)量等的核心資源。但由于光子在光纖中隨距離指數(shù)損耗，量子糾纏分配的距離被限制在百公里量級(jí)。理論上可以基于糾纏光子的量子存儲(chǔ)及糾纏交換技術(shù)構(gòu)建量子中繼，從而建立千公里量級(jí)的量子網(wǎng)絡(luò)。然而受限于光源、存儲(chǔ)器及探測(cè)器的效率等因素，其預(yù)期傳輸速率非常低。提升其傳輸速率的重要手段有兩種，即對(duì)量子態(tài)進(jìn)行高維編碼，或者使用多模式量子存儲(chǔ)器。目前國際上僅實(shí)現(xiàn)了兩維糾纏的固態(tài)量子存儲(chǔ)，并僅在時(shí)間域和頻率域?qū)崿F(xiàn)多模式存儲(chǔ)。

李傳鋒研究組2012年建立我國首個(gè)固態(tài)量子存儲(chǔ)研究平臺(tái)，并在國際上率先實(shí)現(xiàn)了光子偏振態(tài)的兩維固態(tài)量子存儲(chǔ)[PRL 108, 190505]，99.9%的保真度創(chuàng)造世界最高水平。近兩年在國家重大儀器專項(xiàng)支持下，研究組通過優(yōu)化稀土摻雜晶體樣品設(shè)計(jì)及泵浦技術(shù)等極大地提升了存儲(chǔ)器指標(biāo)，存儲(chǔ)帶寬由100MHz提升至1GHz，同時(shí)存儲(chǔ)效率由5%提升至20%，最終順利實(shí)現(xiàn)了高維糾纏態(tài)的量子存儲(chǔ)。研究組利用光的軌道角動(dòng)量進(jìn)行編碼，首次研制出基于參量下轉(zhuǎn)換的窄帶高維糾纏光源，然后把此糾纏源存入固態(tài)量子存儲(chǔ)器中，結(jié)果表明三維糾纏態(tài)的存儲(chǔ)保真度達(dá)到99.1%。