我科學(xué)家研制出毫秒級可集成量子存儲器

3月31日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、周宗權(quán)研究組，基于團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的無噪聲光子回波（NLPE）方案，將可集成量子存儲器的存儲時(shí)間從10微秒級提升至毫秒級，同時(shí)成功突破了傳統(tǒng)光纖延遲線的效率。該成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。

由于集成器件中噪聲難以濾除且存儲效率受限，現(xiàn)有裝置僅能實(shí)現(xiàn)在原子激發(fā)態(tài)的存儲，存儲時(shí)間僅達(dá)10微秒級，存儲效率遠(yuǎn)低于光纖延遲線的傳輸效率。這從根本上限制了其在遠(yuǎn)程量子通信中的實(shí)際應(yīng)用。

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)利用飛秒激光微加工技術(shù)，在摻銪硅酸釔晶體中制備了圓對稱的凹陷包層光波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了基于偏振自由度的噪聲濾除，并結(jié)合團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的NLPE量子存儲方案大幅提升了存儲效率，從而實(shí)現(xiàn)了在原子基態(tài)的自旋波可集成量子存儲。

近期，團(tuán)隊(duì)在晶體上表面集成了共面電波導(dǎo)，通過施加射頻磁場實(shí)現(xiàn)對光波導(dǎo)內(nèi)銪離子核自旋躍遷的動力學(xué)解耦控制，從而將自旋波量子存儲壽命延長至毫秒級。當(dāng)光量子比特的存儲時(shí)間達(dá)1.021毫秒時(shí)，其存儲效率達(dá)到12.0%±0.5%，這一效率遠(yuǎn)超對應(yīng)延時(shí)的光纖延遲線的傳輸效率，充分證明了可集成量子存儲器件在功能上已不可能被光纖延遲線替代。

研究人員表示，該研究工作把可集成量子存儲器的壽命從10微秒級提升至毫秒級，首次實(shí)現(xiàn)了存儲效率超越光纖延遲線的突破，為可集成量子存儲在長程量子網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（記者吳長鋒）