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我院成果入选2021年度“中国高等学校十大科技进展” [2022-05-09]

近日,由教育部科技委组织评选的2021年度“中国高等学校十大科技进展”结果揭晓。我校独立完成的“基于稀土离子的固态量子存储”入选2021年度“中国高等学校十大科技进展”。

量子中继和可移动量子存储(简称量子U盘)是克服信道损耗并实现远程量子通信的两种可行方案,其共性需求是高性能的量子存储器。面向远程量子通信的重大需求,我院郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组长期从事基于稀土离子掺杂晶体的固态量子存储器实验研究。2021年,该团队的研究取得系列重要进展。

左图:基于吸收型存储的量子中继示意图;右图:低温下的稀土离子掺杂晶体

国际上已有的量子中继都是基于发射型存储器构建的,其特点是结构简单,但物理系统单一导致通讯速率受限。为解决这一问题,研究组基于独创的三明治结构固态量子存储,首次实现基于吸收型存储器的量子中继,并展现了多模式复用在量子中继中的通信加速作用。该成果以封面故事论文的形式发表在《自然》期刊[Nature 594, 41 (2021)]。

量子U盘可以看作一种新型的量子信道,其存储时间对应于等效的信道损耗。研究组基于自主搭建的光学拉曼外差探测的核磁共振谱仪,把相干光的存储时间提升至1小时,大幅刷新了光存储时间1分钟的世界记录,从而证实了量子U盘的原理可行性。该成果发表在《自然·通讯》期刊 [Nature Communications 12, 2381 (2021)],并入选《自然·通讯》2021年度最具影响力的25篇物理类论文。

为了克服已有的固态量子存储方案低效率的缺陷,研究组进一步提出了原创的“无噪声光子回波”(noiseless photon echo,简称NLPE)量子存储方案,在量子U盘工作介质中实测的信噪比相比已有方案获得了4倍的提升。该成果发表在《自然·通讯》期刊 [Nature Communications 12, 4378 (2021)]。

以上工作为远程量子通信的实现提供了基于稀土离子的全新解决方案,并为大尺度量子互联网的构建奠定了关键基础。相关成果得到人民日报、新华社、中央电视台、PhysicsWorld、Scientific American、The Academic Times等国内外媒体的广泛关注报道,取得了良好的科普传播效果。

1998年以来教育部科技委每年组织评选出高等学校十大科技进展,及时宣传高等学校重大科技成果,充分展示了高校在我国科技创新方面的进展,对提升高校科技的整体水平、科技创新能力发挥了积极作用。

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