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摘要

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:

Abstract

The faithful storage and coherent manipulation of single photon state in a matter-system are crucial for linear-optical quantum computation, long-distance quantum communication, and quantum networking.To reach useful data rate in a large-scale quantum network, highly multimode quantum memories are required to build a multiplexed quantum repeater.Rare-earth-ion doped crystal (REIC) is very promising material as a candidate for multimode quantum storage due to the wide inhomogeneous broadening and long optical coherence time.In this article, we review the recent advances in multimode quantum memories based on REICs.First, we briefly introduce the properties of REIC and the atomic frequency comb protocol based on REIC.Next, we review the achievements of multimode quantum memories based on REIC in recent years, including frequency, temporal and spatial multimode storage.Afterwards, we review our experimental work on multiplexed storage based on a multiple degree-of-freedom quantum memory.Finally, we introduce the quantum mode converter and real-time arbitrary manipulations based on the multiple degree-of-freedom quantum memory. The combination of storage and real-time manipulation in a device should enable the construction of a versatility quantum repeater.This review highlights that multimode quantum memories based on REIC can be found to possess some practical applications in developing the optical quantum information processing in the near future.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:周宗权,zq_zhou@ustc.edu.cn; 李传锋,cfli@ustc.edu.cn;

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2017YFA0304100)和国家自然科学基金(批准号: 61327901, 11774331, 11774335, 11504362, 11821404, 11654002)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Zhou Zong-Quan,zq_zhou@ustc.edu.cn; Li Chuan-Feng,cfli@ustc.edu.cn;

Funds:Project supported by the National Key R&D Program of China (Grant No. 2017YFA0304100) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61327901, 11774331, 11774335, 11504362, 11821404, 11654002).

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