戍天九思原创第900期
据3月31日《科技日报》报道，中科大郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组，基于团队原创的无噪声光子回波（NLPE）方案，将可集成量子存储器的存储时间从10微秒级提升至毫秒级，同时成功突破了传统光纤延迟线的效率。该成果日前发表在国际学术期刊《科学·进展》上。
这一突破标志着我国量子技术实用化迈出关键一步，不仅为量子通信、计算和网络的规模化应用扫清障碍，更在国家安全、数字经济、前沿科技等领域具有战略意义，是我国引领新一轮量子科技革命的重要里程碑。
弯道超车——量子存储时间提升100倍
光量子存储器作为克服信道损耗、构建大尺度量子网络的核心器件，其规模化应用需实现器件的集成化，从而达到小尺寸、低功耗的目标。然而，由于集成器件中噪声难以滤除且存储效率受限，现有装置仅能实现在原子激发态的存储，存储时间仅达10微秒级，存储效率远低于光纤延迟线的传输效率，从根本上限制了其在远程量子通信中的实际应用。
科研人员表示，该研究工作把可集成量子存储器的寿命从10微秒级提升至毫秒级，首次实现了存储效率超越光纤延迟线的突破，为可集成量子存储在长程量子网络中的实际应用奠定了坚实基础。同时，该成果展现了原创无噪音光子回波（NLPE）方案在解决长寿命量子存储信噪比问题上的巨大潜力。
自2011年以来，欧美国家在稀土晶体量子存储器领域持续探索，但始终受限于噪声与效率问题。我国团队通过原创无噪音光子回波(NLPE)方案和动态解耦技术，首次实现存储时间与效率的双重突破，技术指标（存储时间、效率、噪声控制）全面领先国际水平，标志着中国在量子存储领域进入全球领跑阶段。
突破毫秒级量子存储打开量子技术实用化天花板
目前，全球实验室的量子比特都是在一定条件下模拟出来的，而且量子寿命很短，学术上称为“量子退相干时间”。最长的退相干时间记录是清华大学离子阱系统创造的5500秒（91分钟），光量子系统最长退相干时间为23分钟，实用化的超导量子退相干时间最长为8.1毫秒，实用化的硅基自旋量子退相干时间为百微秒级。
由于模拟量子比特稳定性差、寿命很短，而且量子存储器的存储时间也很短，就会出现还没有来得及对计算、通信和测量结果进行记录而量子比特就失效了。这是全球量子技术的最大瓶颈。这次中国把可集成量子存储器的寿命从10微秒级提升至毫秒级，可以说打开了量子技术实用化的天花板，为量子计算、量子通信和量子测量的新发展奠定了基础。
一是量子信号传输距离可望提升至千公里。量子存储器是量子中继器的核心组件，用于在长距离量子通信中同步和中转量子信号。此前，集成量子存储器的寿命仅约10微秒，无法满足实际需求。此次突破将存储时间提升至1.021毫秒，效率达12.0±0.5%，远超传统光纤延迟线（0.01%），首次证明集成量子存储器在功能上超越光纤方案，可将量子信号传输距离从百公里级扩展至千公里级。量子中继技术还可避免传统中继器的信号放大过程可能被窃听，从而保障量子通信的无条件安全性。
二是加速量子计算发展。一方面，提高量子计算能力。量子计算需要大量量子比特协同工作，存储器能临时存储中间计算结果，缓解量子比特的退相干问题，提升计算效率和复杂性。另一方面，支持分布式量子计算。可集成存储器可作为量子计算节点的核心组件，推动多节点协同的分布式量子计算架构发展。
三是推动量子网络建设。量子存储器是量子网络的关键节点，能够存储和转发量子信息，为未来量子互联网（如量子云计算、分布式传感）提供硬件支撑。尤其是通过存储纠缠态并实现多节点同步，可将量子信号传输距离扩展至千公里级，在此前“京沪干线”和“墨子号”通信卫星的基础上，通过建设“量子星座”卫星网络，有望构建覆盖全国的量子通信网络。
四是加速量子技术应用落地。通过芯片化设计兼容现有半导体工艺，便于与量子光源、探测器等组件集成，为大规模量子系统（如量子计算机芯片）提供模块化基础，加速量子技术从实验室走向实际应用。据《国家科学评论》预测，结合多节点集成技术，未来5年内有望实现城域量子网络的示范运行。随着存储时间向秒级迈进（中国科大已实现1小时级存储），量子U盘、全球量子互联网等应用场景将加速成为现实。这一进展也为我国参与国际量子技术标准制定、抢占量子产业制高点提供了关键支撑。
