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(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于自主加工的激光直寫波導(dǎo)，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(luò)中的應(yīng)用。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際知名學術(shù)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(jié)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(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)測定替位二銪離子的準確能級結(jié)構(gòu)，再結(jié)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(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)合電場調(diào)制的原子頻率梳量子存儲方案，成功地基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)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(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，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。