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量子存储性能及应用分析

物理学报 2023年第20期72卷 148-160页

作者：王云飞周颖王英颜辉朱诗亮华南师范大学物理学院原子亚原子结构与量子调控教育部重点实验室广州510006 华南师范大学广东省量子调控工程与材料重点实验室广州510006 华南师范大学粤港量子物质联合实验室广州510006

在量子网络体系中,光是信息的最好载体.通过探讨光与物质的相互作用,可以进一步发展量子存储技术.这种技术能同步接收和按需获取光量子信息,是建立大规模量子计算和远距离量子通信的基础.但是,量子存储的性能直接影响了其实际应用价值... 详细信息

在量子网络体系中,光是信息的最好载体.通过探讨光与物质的相互作用,可以进一步发展量子存储技术.这种技术能同步接收和按需获取光量子信息,是建立大规模量子计算和远距离量子通信的基础.但是,量子存储的性能直接影响了其实际应用价值和量子信息技术的进步.在过去的二十多年里,多种物理体系和量子信息协议中的量子存储已经得到了深入的研究,其存储性能也得到了显著的提升,而且其相关的应用也有了广泛的展示.本文系统梳理了最近十年来关于量子存储的所有性能指标的研究进展,并根据冷原子体系和固态掺杂离子晶体系的特性,详细探讨了存储效率、存储寿命、存储保真度和模式容量等方面的发展情况.同时,对近期量子存储在量子纠缠、存储辅助增强的多光子过程以及不同粒子量子干涉等方面的典型应用进行了介绍.最后,对量子存储的未来发展进行了展望和总结.

关键词：量子存储量子中继冷原子固态掺杂离子晶体

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基于电磁诱导透明机制的压缩光场量子存储

物理学报 2017年第7期66卷 297-304页

作者：邓瑞婕闫智辉贾晓军山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

光场的量子存储不仅是构建量子计算机的重要基础,而且是实现量子中继和远距离量子通信的核心部分.由于存在不可避免的光学损耗,光学参量放大器产生的压缩真空态光场将变为压缩热态光场,不再是最小不确定态.因此,压缩热态光场的量子存储... 详细信息

光场的量子存储不仅是构建量子计算机的重要基础,而且是实现量子中继和远距离量子通信的核心部分.由于存在不可避免的光学损耗,光学参量放大器产生的压缩真空态光场将变为压缩热态光场,不再是最小不确定态.因此,压缩热态光场的量子存储是实现量子互联网的关键.在原子系综中利用电磁诱导透明机制能够实现量子态在光场正交分量和原子自旋波之间的相互映射,即受控量子存储.本文根据量子存储的保真度边界,研究了实现压缩热态光场量子存储的条件.量子存储的保真度边界是通过经典手段能够达到的最大保真度,当保真度大于该边界时,就实现了量子存储.通过数值计算分析了不同情况下压缩热态光场的量子存储保真度边界,以及存储保真度随存储效率的变化关系,得到了实现量子存储的条件,为连续变量量子存储实验设计提供了直接参考.

关键词：量子存储压缩热态光场保真度

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基于拉曼协议的量子存储

物理学报 2019年第3期68卷 84-101页

作者：史保森丁冬生张伟李恩泽中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 量子信息与量子物理协同创新中心合肥230026

量子存储器是实现按照需要存储/读出诸如单光子、纠缠或者压缩态等非经典量子态的系统,是实现量子通信和量子计算必不可少的核心器件.量子存储协议多种多样,其中拉曼方案由于具有存储宽带大、可用于存储短脉冲信号的优点而引起了人们的... 详细信息

量子存储器是实现按照需要存储/读出诸如单光子、纠缠或者压缩态等非经典量子态的系统,是实现量子通信和量子计算必不可少的核心器件.量子存储协议多种多样,其中拉曼方案由于具有存储宽带大、可用于存储短脉冲信号的优点而引起了人们的广泛关注.然而实现真正单光子和光子纠缠的拉曼存储具有挑战性.本文简要介绍了量子存储器的主要性能和评价指标,在回顾了量子存储器特别是拉曼量子存储器的发展现状后,重点介绍了本研究组最近基于拉曼协议实现各种量子态存储的系列研究,取得的研究成果对于构建高速量子网络具有重要参考价值.

关键词：量子存储量子信息

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多模式固态量子存储

物理学报 2019年第3期68卷 13-21页

作者：杨天书周宗权李传锋郭光灿中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 中国科学技术大学量子信息和量子科技前沿创新中心合肥230026

量子存储器是光子与物质系统之间的接口,允许存入和读出加载了量子信息的光子,是构建实用化量子网络的核心器件.基于稀土掺杂晶体可以实现固态的量子存储器,较长的相干时间和较宽的存储带宽使其成为目前最有潜力的量子物理系统之一.本... 详细信息

量子存储器是光子与物质系统之间的接口,允许存入和读出加载了量子信息的光子,是构建实用化量子网络的核心器件.基于稀土掺杂晶体可以实现固态的量子存储器,较长的相干时间和较宽的存储带宽使其成为目前最有潜力的量子物理系统之一.本文综述近年来基于稀土掺杂晶体的多模式固态量子存储方面的实验进展.主要内容包括频率自由度的多模式量子存储、时间自由度的多模式量子存储、空间自由度的多模式量子存储和多个自由度并行复用的多模式量子存储.在多自由度复用的多模式存储的基础上进一步介绍基于量子存储器的量子模式变换和实时的任意操作.该系列工作为构建高速率的实用化量子网络奠定基础,其中超越存储器本身的脉冲操作功能还有望在未来量子信息处理过程中获得广泛的应用.

关键词：量子存储多模式复用量子模式变换量子网络

基于量子存储和纠缠光源的测量设备无关量子密钥分配网络

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光学学报 2016年第3期36卷 238-244页

作者：孙颖赵尚弘东晨空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077 西安通信学院信息安全系陕西西安710006

针对传统量子密钥分配协议安全密钥传输距离较短,难以实现长距离量子保密网的问题,提出了基于量子存储和纠缠光源(EPS)的测量设备无关量子密钥分配协议及其网络模型。比较了直接预报量子存储、非直接预报量子存储与基于EPS的量子存储的... 详细信息

针对传统量子密钥分配协议安全密钥传输距离较短,难以实现长距离量子保密网的问题,提出了基于量子存储和纠缠光源(EPS)的测量设备无关量子密钥分配协议及其网络模型。比较了直接预报量子存储、非直接预报量子存储与基于EPS的量子存储的优劣,分析了基于量子存储和EPS的测量设备无关量子密钥分配系统中密钥生成率与安全传输距离、存储器量子态保持时间的关系。仿真结果表明,基于EPS的量子存储方案弥补了直接预报量子存储方案需要预报存储器的不足,安全传输距离远高于非直接预报量子存储方案,且当存储器的量子态保持时间T_1大于1 ms时,量子密钥生成率基本不再随T_1增大而增大。实验中采用双信道两用户网络模型,实际中可通过时分复用器和快速光开关实现单信道多用户的量子密钥分配网络。

关键词：量子光学测量设备无关量子密钥分配网络量子存储纠缠光源

基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配研究

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物理学报 2015年第14期64卷 60-64页

作者：孙颖赵尚弘东晨空军工程大学信息与导航学院西安710077 西安通信学院信息安全系西安710006

针对量子中继器短时间内难以应用于长距离量子密钥分配系统的问题,提出了基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配协议,分析了其密钥生成率与存储效率、信道传输效率和安全传输距离等参数间的关系,研究了该协议中量子存储单元的... 详细信息

针对量子中继器短时间内难以应用于长距离量子密钥分配系统的问题,提出了基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配协议,分析了其密钥生成率与存储效率、信道传输效率和安全传输距离等参数间的关系,研究了该协议中量子存储单元的退相干效应对最终密钥生成率的影响,比较了经典测量设备无关量子密钥分配协议和基于量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议的密钥生成率与安全传输距离的关系.仿真结果表明,添加量子存储单元后,协议的安全传输距离由无量子存储的216 km增加至500 km,且量子存储退相干效应带来的误码对最终的密钥生成率影响较小.实验中可以采取调节信号光强度的方式提高测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率,为实用量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.

关键词：量子存储测量设备无关量子密钥分配诱骗态

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基于掺铒晶体的光量子存储和调控

物理学报 2022年第6期71卷 148-161页

作者：周湃李霞霞邢雪燕陈宇辉张向东北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室北京100081

量子信息技术是20世纪极具代表性的两种科技进步——量子力学和信息科学技术相结合的新兴领域,其发展需要解决量子信号的产生、处理、传输、同步和存储等一系列问题,对材料的特性提出了严苛的要求,然而目前还没有一种材料可以在所有功... 详细信息

量子信息技术是20世纪极具代表性的两种科技进步——量子力学和信息科学技术相结合的新兴领域,其发展需要解决量子信号的产生、处理、传输、同步和存储等一系列问题,对材料的特性提出了严苛的要求,然而目前还没有一种材料可以在所有功能上都能满足量子信息应用的需要.掺铒晶体材料在1.5μm具有光学辐射峰,并且具有良好的相干特性,在量子信息技术的若干关键节点都有着巨大的应用前景.本文结合掺铒晶体的性质,回顾其在量子存储、量子频率转换、量子光源以及基于离子间相互作用的量子调控等方面的应用进展,并对可能的发展方向进行讨论.

关键词：掺铒晶体量子存储量子频率转换离子间相互作用

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基于光子晶体微腔的回波光量子存储

物理学报 2022年第11期71卷 163-170页

作者：邢雪燕李霞霞陈宇辉张向东北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室北京100081

充分发掘量子计算机的应用潜力需要将大量分立的量子节点连接起来,组建一个与互联网类似的全量子网络.高性能的可集成光量子存储器是解决不同量子节点间信号同步问题的核心器件,直接关系到量子网络的实现规模和整体性能.然而,目前的微... 详细信息

充分发掘量子计算机的应用潜力需要将大量分立的量子节点连接起来,组建一个与互联网类似的全量子网络.高性能的可集成光量子存储器是解决不同量子节点间信号同步问题的核心器件,直接关系到量子网络的实现规模和整体性能.然而,目前的微纳量子存储器还存在可集成性和存储性能难以兼容的问题,还不能满足构建全量子网络的需求.本文提出在掺铒硅材料上设计通信波段的光子晶体微腔,不仅可利用光学微腔的角动量共振模式来实现基于光子回波的量子存储,还可利用光学微腔来增强光和物质相互作用,有望实现高存储效率的可集成量子存储器.

关键词：量子存储光子回波光子晶体腔空间相位失配

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基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配

中国激光 2019年第4期46卷 301-306页

作者：何业锋王登杨红娟宋畅李东琪西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室陕西西安710121 西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方... 详细信息

提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案的影响。仿真结果表明,在指示单光子源下,量子存储的实际相干时间增加,使得系统的安全传输距离增大,且量子退相干效应对最终的密钥生成率的影响微弱。

关键词：量子光学量子密钥分配测量设备无关指示单光子源量子存储