我科學(xué)家研制出毫秒級(jí)可集成量子存儲(chǔ)器

3月31日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)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(wú)噪聲光子回波（NLPE）方案，將可集成量子存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)時(shí)間從10微秒級(jí)提升至毫秒級(jí)，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(guó)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(chǔ)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(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間僅達(dá)10微秒級(jí)，存儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)方案大幅提升了存儲(chǔ)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(chǔ)。

近期，團(tuán)隊(duì)在晶體上表面集成了共面電波導(dǎo)，通過(guò)施加射頻磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光波導(dǎo)內(nèi)銪離子核自旋躍遷的動(dòng)力學(xué)解耦控制，從而將自旋波量子存儲(chǔ)壽命延長(zhǎng)至毫秒級(jí)。當(dāng)光量子比特的存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)1.021毫秒時(shí)，其存儲(chǔ)效率達(dá)到12.0%±0.5%，這一效率遠(yuǎn)超對(duì)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(chǔ)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(chǔ)器的壽命從10微秒級(jí)提升至毫秒級(jí)，首次實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)效率超越光纖延遲線的突破，為可集成量子存儲(chǔ)在長(zhǎng)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(zhǎng)鋒）