过去几十年来，量子物理学家和工程师已开发出众多利用量子力学原理突破经典信息科学边界的技术。在这些进展中，量子存储器作为存储和检索光或其他物理载体中编码的量子信息的设备尤为引人注目。
要实现实际应用，量子存储器必须同时具备高效率和高保真度。换言之，它们应能存储并检索大部分输入的量子信息——通常超过90%——并确保恢复状态与原始状态高度吻合。值得注意的是，先前提出的大多数高效量子存储器开发策略会产生不良随机波动（即噪声），这些波动可能损害量子信息，降低系统保真度。
由上海交通大学的张卫平教授与华东师范大学的陈丽清教授联合领导的团队，近期提出了一种在量子信息存储期间控制原子-光相互作用的新方法。在发表于《物理评论快报》的论文中，他们通过该技术演示了一种拉曼量子存储器，其效率达94.6%，噪声极低，并能以98.91%的保真度存储量子信息。
“具备近统一效率和保真度的量子存储器对量子信息处理至关重要，”张卫平教授表示，“实现这一性能长期以来是该领域的核心挑战，推动着广泛的研究努力。这项工作的主要目标是阐明基础物理机制，并开发实现完美量子存储器的实用方法。”
张卫平教授团队开发的量子存储器利用了一种称为远失谐拉曼方案的原子-光相互作用。该方案除实现量子存储外，还具有宽带优势，使其能比其他方案更快地存储光信号。研究人员在论文中提出了一种精确稳健的技术，可通过自适应控制使量子存储器趋于“完美”。该技术基于原子-光时空映射原理，数学上称为汉克尔变换。
“从本质上讲，这是首次揭示量子存储器中原子-光映射的物理机制，”张卫平教授强调，“在实践层面，这项工作突破了开发新方法的瓶颈，为实现量子存储器性能基准奠定了技术基础。”
目前，研究团队已将这种数学方法应用于基于暖铷-87（⁸⁷Rb）蒸汽的拉曼量子存储器。该方法成功突破了长期阻碍“完美”量子存储器实现的“效率-保真度权衡”瓶颈。这项突破性研究将为开发性能更优异的量子存储器奠定基础，未来有望为长距离量子通信、量子计算机和分布式量子传感系统等量子技术开辟新可能。
“我们未来的研究计划包括但不限于探索新物理驱动原理，并将存储器集成至量子中继器，以构建容错量子计算架构与量子网络，”张卫平教授补充道。
