消除光学重定相光子回波中的噪声

       回波是原子与一系列电磁脉冲相互作用时的相干发射。这种现象首先由欧文哈恩1950年在射频（RF）域中发现，历史上它被命名为自旋回波。自旋回波和光子回波 (PE) 之间的下划线物理原理是相同的：强电磁脉冲使非均匀展宽的原子系综重定相位，因此初始激发将在特定时间重新聚焦。PE 在输入光子的存储和操纵方面表现出强大的能力，这在微波 (MW) 领域引起了很多关注，因为它能够与超导量子处理器和光学领域的有效接口，因为它是基于内存的大规模量子网络。然而，由重定相脉冲产生的倒置介质会产生强烈的自发发射噪声，这代表了可实现的信噪比的基本限制，并阻止 PE 直接在量子机制中工作，将其引入量子体系以拓展其应用是一项极大的挑战。 

       近日，中国科学技术大学、中国科学院量子信息重点实验室的李传锋教授和郭光灿教授团队提出了一种基于四级原子系统的无噪声光子回波系统，该系统在 Eu3+:Y2SiO5 晶体中作为光量子存储器得以实现。对于用单光子级相干脉冲编码的时间仓量子位，获得了 0.952 ± 0.018 的存储保真度，这远远超出了使用经典测量可实现的最大保真度。与标准 PE 类似，无噪声光子回波系统不需要光谱裁剪。因此，它本质上适用于具有扩展工作频率的各种原子和分子系统中的实现。该研究成果展示的无噪声光子回波量子存储器具有自旋波存储、易于操作和高存储保真度的特点，能够扩展到其他物理系统。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。（钟雨豪）

        文章链接：Ma, YZ., Jin, M., Chen, DL. et al. Elimination of noise in optically rephased photon echoes. Nat Commun 12, 4378 (2021).https://doi.org/10.1038/s41467-021-24679-4.