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2022年11月25日
【​中国科学报】科学家实现通信波段按需式量子存储

本报讯(见习记者王敏)中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组基于掺铒波导,实现了通信波段光子的按需式量子存储,向构建大尺度光纤量子网络迈出重要一步。相关成果近日发表于《物理评论快报》。

量子存储器是量子网络的核心器件,通过按需式读取纠缠光子,可把远距离光纤传输中的指数级损耗降为多项式级损耗。为利用现有的光纤网络构建量子网络,量子存储器应工作在通信波段。稀土铒离子具有独特的通信波段光跃迁,是实现通信波段量子存储器的重要候选材料。然而,已有的通信波段量子存储器的读出时间在光子写入前就已预先设定,无法实现按需式读取。

李传锋、周宗权研究组在掺铒硅酸钇晶体上利用激光直写技术,自主加工了光波导,并在波导两端直接粘贴集成了普通的单模光纤。为了实现按需式读取,研究组进一步利用电子蒸镀技术在波导两侧加工了片上电极,从而利用电场诱导的斯塔克效应实时调控波导内铒离子的相干演化。通过极化铒离子的电子自旋,并初始化其核自旋状态,光子的存储效率被提升至10.9%,这一效率相比此前报道的可集成通信波段量子存储获得了5倍的增强。电场调控的按需式量子存储保真度达98.3%,远超考虑了存储效率和光子统计的经典极限。

该成果基于铒离子实现了通信波段的按需式量子存储,并且这一光纤集成器件可直接对接现有的光纤网络。在经典通信领域,掺铒光纤放大器的发明使得长距离光纤通信成为现实,类似的,基于铒离子的量子存储也可用于克服长程量子通信中的指数级损耗。

审稿人评价该工作:“通过采用铒离子掺杂,这一存储器可以直接工作在通信波段,并且实现与现有光纤器件的集成。这一工作相比前人工作取得了重要的进展,尤其是把光纤直接粘贴到光波导上,支持低温环境下的稳定运行。”

相关论文信息:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.210501

《中国科学报》 (2022-11-25 第1版 要闻)

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/11/372143.shtm

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