中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于摻鉺波導(dǎo)，實現(xiàn)了通信波段光子的按需式量子存儲，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《物理評論快報》。

　　量子存儲器是量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件，通過按需式讀取糾纏光子，可把遠距離光纖傳輸中的指數(shù)級損耗降為多項式級損耗。為利用現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)，量子存儲器應(yīng)工作在通信波段。稀土鉺離子具有獨特的通信波段光躍遷，是實現(xiàn)通信波段量子存儲器的重要候選材料。然而，已有的通信波段量子存儲器的讀出時間在光子寫入前就已預(yù)先設(shè)定，無法實現(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。為了實現(xiàn)按需式讀取，研究組進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，從而利用電場誘導(dǎo)的斯塔克效應(yīng)實時調(diào)控波導(dǎo)內(nèi)鉺離子的相干演化。通過極化鉺離子的電子自旋，并初始化其核自旋狀態(tài)，光子的存儲效率被提升至10.9%，這一效率相比此前報道的可集成通信波段量子存儲獲得了5倍的增強。電場調(diào)控的按需式量子存儲保真度達98.3%，遠超考慮了存儲效率和光子統(tǒng)計的經(jīng)典極限。

　　該成果基于鉺離子實現(xiàn)了通信波段的按需式量子存儲，并且這一光纖集成器件可直接對接現(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)明使得長距離光纖通信成為現(xiàn)實，類似的，基于鉺離子的量子存儲也可用于克服長程量子通信中的指數(shù)級損耗。

　　審稿人評價該工作：“通過采用鉺離子摻雜，這一存儲器可以直接工作在通信波段，并且實現(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)定運行?！?/p>

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.210501