7 月 13 日訊息，來自清華大學的訊息顯示，近日，清華大學交叉資訊研究院段路明研究組在量子儲存領域取得重要進展，其首次在實驗中藉助對多諧振器系統的動態調控實現了對單光子水平微波脈衝的保相儲存和讀取，並利用此方法展示了對時分編碼量子位元（time-bin qubit）的按需存取。

據瞭解，量子儲存器是構建長程量子通訊和大規模量子計算系統的重要組成部分，根據工作頻段主要分為光量子儲存器和微波量子儲存器兩類。

其中，基於固體系統和冷原子系綜的光量子儲存器已經實現了對多種光子量子態的高效、高保真度儲存，有望在長程量子通訊和量子網路中得到廣泛應用；微波量子儲存器主要工作在超導量子位元的特徵頻段，全功能性的微波儲存器是馮諾依曼架構下超導量子計算系統的必備模組，如何藉助微波量子儲存器實現“飛行量子位元”（flying qubit）與靜態量子位元的高效轉換是該領域的一個研究熱點。

實驗過程中，研究人員將超導量子干涉器（SQUID）作為可控電感嵌入共平面波導諧振腔構建出可快速調頻的微波諧振器，通過對每個超導量子干涉器磁通量的精確調控，實現了一個可快速收展的頻率梳結構；通過對頻率梳在不同階段的動態調頻，實現了對頻寬 10MHz~55MHz 的單光子水平弱相干態微波光子的可控存入和讀取。

▲ 實驗系統示意圖

除此之外，頻率梳的儲存過程具有很高的相位保真度並且可同時儲存多個模式的脈衝光子，基於此，研究人員實現了對一個時分編碼飛行量子位元的按需存取。

該器件結構類似一個原子頻率梳，將諧振腔作為人工原子提供了更多的設計和調控自由度，並且能夠相容超導量子計算晶片工藝和結構，易於整合，對於發展含儲存模組的超導量子計算系統有重要價值。

▲ 微波量子儲存器對單光子水平微波脈衝訊號的按需存取

該成果於近日在國際學術期刊《物理評論快報》上發表。論文第一作者為清華大學交叉資訊研究院博士生鮑增暉，通訊作者為段路明教授和張巨集毅助理研究員，其他作者包括交叉資訊研究院博士生王志凌、李嚴、馬程，博士後吳宇愷以及宋禕璞研究員，該專案得到了國家自然科學基金（專案編號 11874235）、國家重點研發計劃（專案編號 2016YFA0301902）、教育部量子資訊前沿科學中心、清華大學科研啟動專案、清華大學水木學者計劃和博士後國際交流計劃引進專案的資助與支援。