周宗权：基于稀土离子的量子存储与量子中继

摘要：量子不可克隆定律赋予了量子通信基于物理学原理的安全性。然而，这一定律也决定了光子传输损耗不能使用传统的中继放大器来克服，使得远程量子通信及量子网络成为当今量子信息科学的核心难题之一。量子中继和可移动量子存储（量子优盘）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。本团队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，本报告将介绍近期取得的主要成果，包括基于吸收型存储的多模式量子中继 [1]、1小时相干光存储 [2]、“无噪声光子回波”量子存储方案 [3]以及可集成固态量子存储器 [4,5,6]。

[1] X. Liu, J. Hu, Z.-F. Li, X. Li, P.-Y. Li, P.-J. Liang, Z.-Q. Zhou*, C.-F. Li*, G.-C. Guo, Heralded entanglement distribution between two absorptive quantum memories. Nature 594, 41 (2021)

[2] Y. Ma, Y.-Z. Ma, Z.-Q. Zhou*, C.-F. Li*, G.-C. Guo, One-hour coherent optical storage in an atomic frequency comb memory. Nature Communications 12, 2381 (2021)

[3] Y.-Z. Ma, M. Jin, D.-L. Chen, Z.-Q. Zhou*, C.-F. Li*, G.-C. Guo, Elimination of noise in optically rephased photon echoes. Nature Communications 12, 4378 (2021)

[4] C. Liu, T.-X. Zhu, M.-X. Su, Y.-Z. Ma, Z.-Q. Zhou*, C.-F. Li*, G.-C. Guo, On-Demand Quantum Storage of Photonic Qubits in an On-Chip Waveguide. Phys. Rev. Lett. 125, 260504 (2020)

[5] T.-X. Zhu, C. Liu, M. Jin, M.-X. Su, Y.-P. Liu, W.-J. Li, Y. Ye, Z.-Q. Zhou*, C.-F. Li*, G.-C. Guo, On-Demand Integrated Quantum Memory for Polarization Qubits. Phys. Rev. Lett. 128, 180501 (2022)

[6] D.-C. Liu, P.-Y. Li, T.-X. Zhu, L. Zheng, J.-Y. Huang, Z.-Q. Zhou*, C.-F. Li*, G.-C. Guo, On-Demand Storage of Photonic Qubits at Telecom Wavelengths Phys. Rev. Lett. 129, 210501 (2022)

周宗权，中国科学技术大学物理学院特任教授，主持国家重点研发计划课题、基金委人才项目、面上项目等研究项目，曾获得饶毓泰基础光学奖（2019年）以及第一届中国科学院青年五四奖章（2022年）。面向远程量子通信的重大需求，周宗权基于稀土离子掺杂晶体开展固态量子存储及量子中继的实验研究，代表性成果包括：提出原创量子存储方案“无噪声光子回波(NLPE)”，实现基于吸收型量子存储的多模式量子中继，并把相干光的存储时间提升至1小时，大幅刷新2013年德国团队所创造的光存储1分钟的世界纪录。作为第一作者或通讯作者发表Nature 1篇（封面故事），Nature Communications 4 篇，Phys. Rev. Lett. 6篇等研究论文，在量子存储及量子中继领域已授权中国发明专利8项、美国专利3项及英国专利1项。研究成果“稀土离子实现多模式量子中继及1小时光存储”入选两院院士评选的2021年中国十大科技进展新闻。研究成果“基于稀土离子的固态量子存储”入选教育部评选的2021年度中国高等学校十大科技进展。