本報(bào)訊（見(jiàn)習(xí)記者王敏）中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于摻鉺波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了通信波段光子的按需式量子存儲(chǔ)，向構(gòu)建大尺度光纖量子網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。相關(guān)成果近日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

量子存儲(chǔ)器是量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件，通過(guò)按需式讀取糾纏光子，可把遠(yuǎn)距離光纖傳輸中的指數(shù)級(jí)損耗降為多項(xiàng)式級(jí)損耗。為利用現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)，量子存儲(chǔ)器應(yīng)工作在通信波段。稀土鉺離子具有獨(dú)特的通信波段光躍遷，是實(shí)現(xiàn)通信波段量子存儲(chǔ)器的重要候選材料。然而，已有的通信波段量子存儲(chǔ)器的讀出時(shí)間在光子寫(xiě)入前就已預(yù)先設(shè)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)按需式讀取。

李傳鋒、周宗權(quán)研究組在摻鉺硅酸釔晶體上利用激光直寫(xiě)技術(shù)，自主加工了光波導(dǎo)，并在波導(dǎo)兩端直接粘貼集成了普通的單模光纖。為了實(shí)現(xiàn)按需式讀取，研究組進(jìn)一步利用電子蒸鍍技術(shù)在波導(dǎo)兩側(cè)加工了片上電極，從而利用電場(chǎng)誘導(dǎo)的斯塔克效應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)控波導(dǎo)內(nèi)鉺離子的相干演化。通過(guò)極化鉺離子的電子自旋，并初始化其核自旋狀態(tài)，光子的存儲(chǔ)效率被提升至10.9%，這一效率相比此前報(bào)道的可集成通信波段量子存儲(chǔ)獲得了5倍的增強(qiáng)。電場(chǎng)調(diào)控的按需式量子存儲(chǔ)保真度達(dá)98.3%，遠(yuǎn)超考慮了存儲(chǔ)效率和光子統(tǒng)計(jì)的經(jīng)典極限。

該成果基于鉺離子實(shí)現(xiàn)了通信波段的按需式量子存儲(chǔ)，并且這一光纖集成器件可直接對(duì)接現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)。在經(jīng)典通信領(lǐng)域，摻鉺光纖放大器的發(fā)明使得長(zhǎng)距離光纖通信成為現(xiàn)實(shí)，類(lèi)似的，基于鉺離子的量子存儲(chǔ)也可用于克服長(zhǎng)程量子通信中的指數(shù)級(jí)損耗。

審稿人評(píng)價(jià)該工作：“通過(guò)采用鉺離子摻雜，這一存儲(chǔ)器可以直接工作在通信波段，并且實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有光纖器件的集成。這一工作相比前人工作取得了重要的進(jìn)展，尤其是把光纖直接粘貼到光波導(dǎo)上，支持低溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行?！?/span>

相關(guān)論文信息：

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

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2022-11-25 第1版 要聞)

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