1.2 研究现状与分析

在过去的几十年中，基于原子系综、稀土离子掺杂晶体等存储介质的量子存储器得到了深入研究，取得了一系列具有开创性的研究成果，各种各样的存储方案被相继提出，包括环形光路形式的光信息存储、自旋激发态形式的光信息存储和静态光脉冲（Stationary Light Pulse,SLP）形式的光信息存储。

环形光路形式的光信息存储是最简单的光信息存储方法。光路存储器一般有环形光纤、高 Q 腔等类型。因光子损耗等原因，光路存储器对光子的存储时间一般被限制在几十微秒，不能连续调节，只能是某一最小时间的整数倍，很难满足按需提取的基本要求[14]。

自旋激发态形式的光信息存储的基本原理是基于光与物质的相互作用实现光信息在光子态和自旋激发态之间的可逆映射，存储协议主要包括电磁感应透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）[15-17]、DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）存储方案[18-21]、法拉第相互作用[22-23]、可反转非均匀展宽[24-25]、原子频率梳[26]、大失谐拉曼存储[27-28]、梯形存储[29-30]等。基于上述存储协议，现已实现了对弱光脉冲、单光子、纠缠光子对等的存储与提取。华南师范大学研究组[31]基于冷原子 EIT 协议实现了65%的单光子存储效率；华东师范大学研究组[32]基于大失谐拉曼存储协议通过最优化控制脉冲技术实现了前所未有的82.6%的存储效率；中国科学技术大学研究组[33]基于原子频率梳协议在掺铕硅酸钇晶体中实现了对光信号长达1 h的存储，存储保真度高达96.4 ± 2.5%。目前，各存储协议仍然存在各自无法克服的问题，例如，EIT存储协议不适合用来实现宽带存储，尚不能在室温条件下在量子区域低噪声工作；大失谐拉曼存储协议在原理上不能同时消除荧光噪声和四波混频噪声；梯形存储协议的寿命受制于激发态的寿命，不能实现长寿命存储等，还需要科研工作者不懈努力。

静态光脉冲形式的光信息存储是在正向和反向两束控制光场调控下基于四波混频效应实现对入射待存储光场进行存储和操控的一种全新方案。不同于自旋激发态形式的光信息存储方案，静态光脉冲形式的光信息存储方案保持了光子分量[34-35]，存储时间不再受制于原子的相干寿命，能够为光与物质相互作用提供较长时间，在弱光非线性和量子信息处理领域具有重要的潜在应用。2009年，Lin等[36]基于四能级双Λ型冷原子系统在双色控制光场控制下通过实验观察到了高效率、高保真度的静态光脉冲。吉林大学研究组于2010年指出导致静态光脉冲较强的时间衰减和空间扩散的原因是高阶的自旋相干和光学相干[37]，于2011年给出了双通道静态光脉冲的动态制备与调控模型[38]，在固体介质中实现了静态光脉冲的高效制备[39]，并于2012年实现了慢光到静态光脉冲的直接转变[40]。

虽然在量子存储器研究方面取得了很大进步，但是目前衡量量子存储器的性能指标，如保真度、存储效率、存储时间、工作波长、多模容量等，仍不能在一个单一的物理系统中同时得到满足，需要科研工作者继续努力。