突破性能瓶颈！上海交大团队实现“近完美”宽带量子存储

发布时间：2025-11-21

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11月21日，上海交通大学官网发布消息，该校物理与天文学院讲席教授、李政道研究所兼职研究员张卫平领衔的科研团队在量子信息存储领域实现重大进展，成功开发出一种具备高效率、高保真度和低噪声特性的宽带量子存储新方法。

作为量子通信网络、量子计算系统以及量子中继装置的核心组件，量子存储器的性能直接关系到量子信息处理的速度与可靠性。

长期以来，传统量子存储技术在追求更高存储效率时，往往伴随四波混频效应带来的噪声增强问题，导致量子态失真，严重阻碍了其在单光子级别、高带宽场景下的实际应用。如何在提升效率的同时有效抑制噪声，一直是该领域亟待解决的关键挑战。

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针对这一难题，张卫平团队从光与原子相互作用的基本原理出发，首次发现了光脉冲的时域波形与原子自旋波空间分布之间存在汉克尔型时空变换映射关系。

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基于这一发现，研究团队提出并实验验证了一种“智能光控自旋波压缩”策略。通过精确调控控制光脉冲的时序形状，使激发产生的自旋波在空间上高度集中，从而在不引入额外噪声的前提下大幅提升存储效率与保真度。

实验过程中，团队采用差分进化算法对控制光脉冲进行智能化优化，在热铷原子气体系统中实现了对宽度仅为17纳秒的光脉冲的高效存储与读取。

数据显示，在单光子输入条件下，该方案取得了94.6%±1%的存储效率、高达98.91%±0.1%的量子保真度，背景噪声低至0.026±0.012光子/脉冲，信噪比达到38.8，噪声-效率比仅为0.028，成为首个在高带宽体系中突破90%效率门槛且具备实用价值的技术方案。

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此项成果不仅首次在宽带运行条件下达成接近理想水平的量子存储性能，还为未来高速量子通信网络、量子中继设备及连续变量量子信息系统的构建提供了关键技术支持。该技术有望显著提升量子密钥分发的传输速率与覆盖距离，在超过500公里的长程量子通信链路中展现出广阔的应用前景。

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