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中國科大首次實現(xiàn)按需式讀取的可集成固態(tài)量子存儲器 量子存儲器是構(gòu)建大尺度量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件�；诹孔哟鎯ζ鞯牧孔又欣^或量子U盤可以有效地克服信道損耗，拓展量子網(wǎng)絡(luò)的工作距離。李傳鋒、周宗權(quán)研究組長期致力于基于稀土摻雜晶體的固態(tài)量子存儲器的實驗研究。為了提升量子存儲器的存儲容量，滿足規(guī)模化應(yīng)用的需求，研究組近年來發(fā)展了激光直寫技術(shù)，在稀土摻雜晶體上制備可集成量子存儲器。 所謂按需式讀取是指光子寫入存儲器以后再根據(jù)需求決定讀出的時間，它對實現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)中的同步操作等功能至關(guān)重要。然而目前國際上已有的可集成固態(tài)量子存儲器都是基于簡單的原子頻率梳方案，其讀出時間是在光子寫入之前預(yù)先設(shè)定的，無法按需讀取。為了實現(xiàn)按需式讀取，研究組采用了一種改進(jìn)的量子存儲方案，即電場調(diào)制的原子頻率梳方案。它通過引入兩個電脈沖，利用斯塔克效應(yīng)實時操控稀土離子的演化從而控制存儲器的讀出時間。 研究組首先使用飛秒激光在摻銪硅酸釔晶體表面制備出面上光波導(dǎo)，然后在面上光波導(dǎo)的兩側(cè)加工兩個面上電極，從而能以TTL兼容的5V電壓實時操控存儲過程，實現(xiàn)按需式讀取。實驗中光波導(dǎo)的插入損耗達(dá)到1 dB以下，這是目前可集成固態(tài)量子存儲器的最優(yōu)水平。最終，基于該自制器件研究組在國際上首次實現(xiàn)了按需式讀取的可集成固態(tài)量子存儲器，存儲保真度達(dá)到99.3%±0.2%。該結(jié)果接近研究組2012年在塊狀晶體中創(chuàng)下的量子存儲保真度的最高紀(jì)錄（99.9%，PRL108, 190505），表明這種可集成量子存儲器具有極高的可靠性。  實驗光路圖和顯微鏡下集成量子存儲器照片（右側(cè)插圖） 該成果對大容量量子存儲和構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)均有重要意義。審稿人對該工作給予了高度評價：“The present experiment is a remarkable achievement as, in previous experiments with rare earth doped crystals with integrated design, only predetermined or delayed retrieval had been shown. (這個實驗很重要，因為之前可集成固態(tài)量子存儲的實驗都局限于演示提前確定的讀取時間。) ” ; “The work demonstrates a significant advancement in the field and is of broad interest to the scientific community.（這項工作是量子存儲領(lǐng)域的一個重要進(jìn)展，并將引起科學(xué)界的廣泛興趣。）”。 文章的共同第一作者是中科院量子信息重點實驗室的研究生劉超和朱天翔。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、安徽省以及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會的資助。 論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.260504 |
