光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲首次實(shí)現

  ICC訊 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權研究組基于自主加工的激光直寫(xiě)波導，實(shí)現了光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲，存儲保真度高達99.4±0.6%，顯著(zhù)推進(jìn)了可集成量子存儲器在量子網(wǎng)絡(luò )中的應用。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報》和《物理評論快報》上。

  稀土摻雜晶體作為一種性能優(yōu)異的固態(tài)量子存儲介質(zhì)，能夠結合多種微納工藝制備出可集成的量子存儲器。然而，已有的可集成固態(tài)量子存儲器均無(wú)法實(shí)現偏振態(tài)的量子存儲，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，并且其微納波導結構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)測定替位二銪離子的準確能級結構，再結合研究組原創(chuàng )的“無(wú)噪聲光子回波”量子存儲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)現了偏振態(tài)的量子存儲。該工作提出并證實(shí)了替位二銪離子可實(shí)現偏振態(tài)的量子存儲，這一成果發(fā)表在《科學(xué)通報》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。這種波導可以支持任意偏振態(tài)的低損耗傳輸，再結合電場(chǎng)調制的原子頻率梳量子存儲方案，成功地基于波導結構實(shí)現了偏振態(tài)的量子存儲。其量子存儲保真度達99.4±0.6%，驗證了這一可集成器件的高可靠性。這一成果發(fā)表在《物理評論快報》上。

  這項研究為基于偏振編碼構建量子網(wǎng)絡(luò )奠定了基礎，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，對于可集成量子存儲的實(shí)用化具有重要的意義。