光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲首次實現(xiàn)

科技日報合肥5月8日電 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，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波導，實現(xiàn)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%，顯著推進了可集成量子存儲器在量子網(wǎng)絡中的應用。相關成果日前發(fā)表在國際知名學術期刊《科學通報》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)量子存儲器均無法實現(xiàn)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題，最終基于單次通過的單塊晶體即實現(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲。該工作提出并證實了替位二銪離子可實現(xiàn)偏振態(tài)的量子存儲，這一成果發(fā)表在《科學通報》上。研究組進一步利用飛秒激光直寫技術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，再結合電場調(diào)制的原子頻率梳量子存儲方案，成功地基于波導結構實現(xiàn)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)絡奠定了基礎，同時為可集成器件的噪聲抑制提供了一個有效的濾波自由度，對于可集成量子存儲的實用化具有重要的意義。