A equipe de Li Chengfeng, Zhou Zongquan e outros do CAS Key Lab da Quantum Information desenvolveram uma memória quântica de estado sólido multiplexado com vários graus de liberdade (DOF) e demonstraram funções de operação de pulsos de fótons com DOFs de tempo e frequência. Os resultados foram publicados na Nature Communications recentemente.
O armazenamento confiável e a manipulação coerente de estados quânticos com sistemas de matéria permitem a construção de redes quânticas de larga escala baseadas em um repetidor quântico. Para alcançar taxas de comunicação úteis, serão necessárias memórias quânticas altamente multimodo para construir um repetidor quântico multiplexado.
A equipe apresentou a primeira demonstração do armazenamento sob demanda dos estados de momento orbital-angular com pulsos coerentes fracos no nível de fóton único em um cristal dopado com íons de terras raras. Através da combinação deste DOF espacial tridimensional com DOFs bidimensionais temporais e bidimensionais, a equipe criou uma memória de múltiplos DOF com alta capacidade multimodo até 3 * 2 * 2 = 12.
Este dispositivo também pode servir como um conversor de modo quântico com alta fidelidade, que é o requisito fundamental para a construção de um repetidor quântico multiplexado.
A equipe demonstrou ainda que o dispositivo pode executar operações de pulso arbitrárias dentro do tempo e da frequência DOF. Operações representativas incluem sequenciador de pulsos, multiplexador, câmbio espectral seletivo e divisor de feixe configurável. Os resultados experimentais mostraram que em todas essas operações, os estados quânticos tridimensionais transportados por fótons mantiveram uma fidelidade de cerca de 89%.
Este dispositivo de memória pode alcançar todas as operações necessárias para a computação quântica do tipo Knill-Laflamme-Milburn, de modo que se pode esperar que ele encontre aplicação no campo da computação quântica óptica linear.
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