实现毫秒级可集成量子存储器

本报讯（记者王敏）中国科学技术大学郭光灿院士团队的李传锋、周宗权研究组基于团队原创的无噪声光子回波方案，将可集成量子存储器的存储时间从10微秒级延长至毫秒级，同时突破了传统光纤延迟线的效率。相关研究成果近日发表于《科学进展》。

光量子存储器作为克服信道损耗、构建大尺度量子网络的核心器件，其规模化应用需要实现器件的集成化，从而达到小尺寸、低功耗的目标。自2011年以来，国际上已利用多种工艺在稀土掺杂晶体中制备了可集成量子存储器。然而，由于集成器件中噪声难以滤除且存储效率受限，现有装置仅能实现在原子激发态的存储，存储时间仅为10微秒级，存储效率远低于光纤延迟线的传输效率，从根本上限制了其在远程量子通信中的实际应用。

为破解这一难题，研究人员利用飞秒激光微加工技术，在掺铕硅酸钇晶体中制备了圆对称的凹陷包层光波导，实现了基于偏振自由度的噪声滤除，并结合团队原创的无噪声光子回波量子存储方案大幅提高了存储效率，从而实现了在原子基态的自旋波可集成量子存储。

近期，团队在晶体上表面集成了共面电波导，通过施加射频磁场实现对光波导内铕离子核自旋跃迁的动力学解耦控制，从而将自旋波量子存储寿命延长至毫秒级。当光量子比特的存储时间达1.021毫秒时，其存储效率达到12.0±0.5%，这一效率远超对应延时的光纤延迟线的传输效率，充分证明了可集成量子存储器件在功能上已不可能被光纤延迟线替代。

研究人员介绍，该研究把可集成量子存储器的寿命从10微秒级提升至毫秒级，首次实现了存储效率超越光纤延迟线的突破，为可集成量子存储在长程量子网络中的实际应用奠定了坚实基础。同时，该成果展现了无噪声光子回波方案在解决长寿命量子存储信噪比问题上的巨大潜力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adu5264