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光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)首次實(shí)現(xiàn)

2022-05-09

5月8日電 (記者吳長(zhǎng)鋒)從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于自主加工的激光直寫(xiě)波導(dǎo),實(shí)現(xiàn)了光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ),存儲(chǔ)保真度高達(dá)99.4±0.6%,顯著推進(jìn)了可集成量子存儲(chǔ)器在量子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。相關(guān)成果日前發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報(bào)》和《物理評(píng)論快報(bào)》上。

稀土摻雜晶體作為一種性能優(yōu)異的固態(tài)量子存儲(chǔ)介質(zhì),能夠結(jié)合多種微納工藝制備出可集成的量子存儲(chǔ)器。然而,已有的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)器均無(wú)法實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的量子存儲(chǔ),這是由于稀土摻雜晶體的光吸收一般是依賴(lài)于偏振態(tài)的,并且其微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)也不支持任意偏振態(tài)的傳輸。

研究人員首先采用光譜燒孔技術(shù)測(cè)定替位二銪離子的準(zhǔn)確能級(jí)結(jié)構(gòu),再結(jié)合研究組原創(chuàng)的“無(wú)噪聲光子回波”量子存儲(chǔ)方案克服替位二銪離子的弱吸收問(wèn)題,最終基于單次通過(guò)的單塊晶體即實(shí)現(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲(chǔ)。該工作提出并證實(shí)了替位二銪離子可實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的量子存儲(chǔ),這一成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》上。研究組進(jìn)一步利用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)在摻銪硅酸釔晶體中加工出凹陷包層波導(dǎo)。這種波導(dǎo)可以支持任意偏振態(tài)的低損耗傳輸,再結(jié)合電場(chǎng)調(diào)制的原子頻率梳量子存儲(chǔ)方案,成功地基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲(chǔ)。其量子存儲(chǔ)保真度達(dá)99.4±0.6%,驗(yàn)證了這一可集成器件的高可靠性。這一成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

這項(xiàng)研究為基于偏振編碼構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ),同時(shí)為可集成器件的噪聲抑制提供了一個(gè)有效的濾波自由度,對(duì)于可集成量子存儲(chǔ)的實(shí)用化具有重要的意義。