科学家实现通信波段按需式量子存储

　　中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组基于掺铒波导，实现了通信波段光子的按需式量子存储，向构建大尺度光纤量子网络迈出重要一步。相关成果近日发表于《物理评论快报》。

　　量子存储器是量子网络的核心器件，通过按需式读取纠缠光子，可把远距离光纤传输中的指数级损耗降为多项式级损耗。为利用现有的光纤网络构建量子网络，量子存储器应工作在通信波段。稀土铒离子具有独特的通信波段光跃迁，是实现通信波段量子存储器的重要候选材料。然而，已有的通信波段量子存储器的读出时间在光子写入前就已预先设定，无法实现按需式读取。

　　李传锋、周宗权研究组在掺铒硅酸钇晶体上利用激光直写技术，自主加工了光波导，并在波导两端直接粘贴集成了普通的单模光纤。为了实现按需式读取，研究组进一步利用电子蒸镀技术在波导两侧加工了片上电极，从而利用电场诱导的斯塔克效应实时调控波导内铒离子的相干演化。通过极化铒离子的电子自旋，并初始化其核自旋状态，光子的存储效率被提升至10.9%，这一效率相比此前报道的可集成通信波段量子存储获得了5倍的增强。电场调控的按需式量子存储保真度达98.3%，远超考虑了存储效率和光子统计的经典极限。

　　该成果基于铒离子实现了通信波段的按需式量子存储，并且这一光纤集成器件可直接对接现有的光纤网络。在经典通信领域，掺铒光纤放大器的发明使得长距离光纤通信成为现实，类似的，基于铒离子的量子存储也可用于克服长程量子通信中的指数级损耗。

　　审稿人评价该工作：“通过采用铒离子掺杂，这一存储器可以直接工作在通信波段，并且实现与现有光纤器件的集成。这一工作相比前人工作取得了重要的进展，尤其是把光纤直接粘贴到光波导上，支持低温环境下的稳定运行。”