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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊的李傳鋒、王健研究組利用光纖微腔與中性原子的普塞爾區(qū)域耦合，實現(xiàn)了超快高保真度的原子態(tài)讀出，其速度和保真度均創(chuàng)造公開報道最高紀(jì)錄。這對于減少量子計算中的時間和物理資源消耗，以及實現(xiàn)長程可擴展量子網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。相關(guān)成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。

研究組利用工作在普塞爾區(qū)域的光纖微腔-中性原子腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)，在提高光子收集效率的同時，極大增強了原子的光子輻射速率。該系統(tǒng)的協(xié)同因子達到4.7，原子的自發(fā)輻射速率提高了約10倍，展現(xiàn)出作為高性能中性原子-光子量子接口和量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潛能。此前，研究組利用這一特點，在同類系統(tǒng)上首次觀測到原子共振熒光中的雙光子糾纏。

在此基礎(chǔ)上，研究組利用對閉循環(huán)躍遷的強共振驅(qū)動，結(jié)合低動量轉(zhuǎn)移的激發(fā)策略，將腔內(nèi)讀出光子的探測計數(shù)率提升至18兆每秒。憑借極高的熒光亮度，他們在200納秒的時間窗口內(nèi)實現(xiàn)了保真度99.1（2）%的原子態(tài)讀出，并在9微秒的時間窗口內(nèi)把保真度提升到99.985（8）%，兩項指標(biāo)均創(chuàng)造公開報道最高紀(jì)錄。同時，在態(tài)讀出過程中丟失原子的概率始終低于3‰，展現(xiàn)了無損探測的特性，可兼容需要“線路中測量”的量子糾錯協(xié)議。該超快高保真讀出技術(shù)首次使原子態(tài)讀出速度超越光泵浦態(tài)制備速度。研究組還采用實時決定的方法，大大縮短原子態(tài)制備時間。因此，這一工作為理解多技術(shù)協(xié)同機制、優(yōu)化量子協(xié)議性能等提供了新思路。

審稿人對此評價道：“本研究的重要意義在于實現(xiàn)了極高的態(tài)讀出速度與保真度，標(biāo)志著中性原子量子網(wǎng)絡(luò)研究的重要突破。該成果有望在量子信息科學(xué)領(lǐng)域引發(fā)廣泛關(guān)注。”

（原載于《中國科學(xué)報》?2025-07-02?第4版?綜合）