本文在87Rb冷原子系综中开展了腔增强量子存储, 研究了光学厚度对读出效率的影响。我们通过改变冷却光的失谐量得到了原子系综不同的Optical Depth(OD), 测量了读出效率随着原子系综光学厚度的变化。结果显示: 当冷却光处于负失谐18.5 MHz的情况时, 可使冷原子系综的OD达到最大值14, 读出效率的增强倍数为1.6倍, 本质恢复效率最大可达43.2%。

量子互联网是实现多方量子通信、分布式量子计算等量子信息技术的重要基础, 量子存储器作为实现互联网的重要部件, 对量子信息技术的发展、应用具有举足轻重的作用。如今遍布全球的光纤网络已经是信息传输的有力载体, 通信波段的量子存储器因容易嵌入到当前的光纤网络中而备受重视。聚焦于稀土离子掺杂固态体系的通信波段光量子存储, 首先介绍稀土离子掺杂固态量子存储的基本原理, 包括稀土掺杂材料特性以及存储协议等, 然后介绍目前的研究现状, 最后简要分析其未来的发展趋势, 并对量子互联网的构建做出展望。

研究了两比特量子系统在复合退相干通道、广义幅值阻尼通道和退极化通道条件下量子存储支撑熵不确定度的动力学演化特性,并且与系统的l1范数相干度和相对熵相干度进行了对比分析。研究表明在退相干条件下,系统的熵不确定度动力学过程对于两比特量子系统初始态是否为混合态较为敏感,并且对于系统退相干的类型有较好的区分度。因此,量子存储支撑熵不确定度在一定程度上可以更好地反映开放量子系统的非经典特性。

上海市青年科技启明星计划(No.19QA1410600),上海市优秀学术带头人计划(No. 19XD1404600),中科院计划(No.Y82BRA1001)

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。

具备有效存储和读取光的相干态的能力是实现连续变量量子信息存储的关键。本文研究了利用混合光子回声技术对光场的相干态进行存储和读取。光量子态被记录在原子系综的基态的两个相干能级中从而实现长时间的量子态存储。考虑到由于原子退相干的噪声效应, 我们发现在目前可实现的技术条件下存储保真度仍然高于保真度阈值2/3。我们的研究为实现高效准确的基于量子回声技术的光量子态存储提供了一些切实可行的实践指导。

提出了一种利用量子存储机制进行相干光学信息处理的技术，在4f成像系统的像面上可以实现信号光和读取光之间的卷积运算。实验证明了通过基于电磁感应透明（EIT）效应的光脉冲存储和读取过程实现光学信息卷积操作的可行性。该研究结果为基于量子存储机制进行相干光学信息处理提供了理论和实验依据。

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T1 大于1 ms时，量子密钥生成率基本不再随T1 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。

本文提出了一个利用光子回声技术探究非均匀展宽频谱线形(如高斯、洛伦兹分布)对存储效率影响的简捷方法。我们发现当信号光脉冲的持续时间与介质频谱线宽的乘积远大于1时,可将分布函数的傅里叶变换近似成狄拉克函数,使得研究非均匀展宽频谱对存储效率的影响变得非常容易;通过计算发现不同线形分布达到最佳存储效率的光学深度有所不同,频谱线形趋于均匀时达到最优存储效率的存储介质光学深度最小。该研究对实验上实现最优化光量子态存储具有指导意义。