由于科技革命带动技术的飞速发展，经典通讯已经逐渐不能满足人类的对信息传输的需求。提高信息传输的高效性、安全性一直是个开放性的话题,人们在如何可以进行长距离低能耗的传输信息方面做了大量的研究工作。量子通讯理论的提出为信息技术的发展提供了新的方向。

量子中继可以解决光子信号在光纤内指数衰减的重大难题，是未来实现超远距离量子通信的重要途径之一。量子中继的基本原理是采用分段纠缠分发与纠缠交换相结合来拓展通信距离，其核心是量子存储技术，通过对光子比特进行缓存，可大幅提升纠缠连接效率。为满足远距离量子中继的实际需求，量子存储器需要对单量子态进行长时间存储且具备高读出效率。

近年来，量子存储的实验研究进展很快，众多物理体系的存储指标均在不断进步之中。然而到目前为止，还没有一个体系能够在存储时间和效率方面同时满足量子中继需求。

近日，中国科学技术大学潘建伟、包小辉等采用冷原子系综在国际上首次实现了百毫秒高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。该成果近日正式发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。

图：实验装置示意图

为进一步提升存储时间，潘建伟小组近年来发展了三维光晶格限制原子运动、基于偏置磁场的差分光频移补偿、基于大失谐参考光的腔长锁定等多项关键实验技术，使得原子运动导致的退相干得到大幅抑制，并最终成功地实现了存储寿命达到0.22秒、读出效率达到76%的高性能量子存储器。这一实验结果与2012年的工作相比，存储寿命提升了近两个数量级。

该实验的重要意义在于，第一次将存储寿命及读出效率提升至满足远距离量子中继的实际需求。据估算，当前结果结合多模存储、高效通讯波段接口等技术，已原理上可支持通过量子中继实现500公里以上纠缠分发，并超越光纤直接传输极限。审稿人也对这一工作的重要性给予高度认可，并称赞这一实验为“非凡绝技”。

文章链接：

Sheng-Jun Yang, Xu-Jie Wang, Xiao-Hui Bao & Jian-Wei Pan, "An efficient quantum light–matter interface with sub-second lifetime," Nature Photonics 10, 381–384 (2016) doi:10.1038/nphoton.2016.51

潘建伟教授简介：

中国科学技术大学教授，中国科学院院士

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研究方向：

主要从事量子物理和量子信息等方面的研究。作为国际上量子信息实验研究领域开拓者之一，他是该领域有重要国际影响力的科学家，取得了一系列有重要意义的研究成果。首次实验实现量子隐形传态及纠缠交换、终端开放的量子隐形传态、复合系统量子隐形传态、16公里自由空间量子隐形传态。首次实现三、四、五、六、八光子纠缠。首次实验验证GHZ定理。提出利用现有技术可实现的量子纠缠纯化方案，并完成实验实现。实现突破大气等效厚度的量子纠缠和量子密钥分发。先后实现绝对安全距离超过100公里和200公里的量子密钥分发及全通型量子通信网络。提出基于冷原子量子存储的高效量子中继器方案，并完成实验实现。利用冷原子系综实现高品质的单光子和纠缠光子的量子存储。利用多光子纠缠实现重要的量子算法和突破经典极限的高精度测量。实现任意子分数统计的量子模拟。

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