光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)首次實(shí)現(xiàn)

科技日?qǐng)?bào)合肥5月8日電 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)，存儲(chǔ)保真度高達(dá)99.4±0.6%，顯著推進(jìn)了可集成量子存儲(chǔ)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(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報(bào)》和《物理評(píng)論快報(bào)》上。

稀土摻雜晶體作為一種性能優(yōu)異的固態(tài)量子存儲(chǔ)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(chǔ)器。然而，已有的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)器均無(wú)法實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的量子存儲(chǔ)，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(cè)定替位二銪離子的準(zhǔn)確能級(jí)結(jié)構(gòu)，再結(jié)合研究組原創(chuàng)的“無(wú)噪聲光子回波”量子存儲(chǔ)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(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲(chǔ)。該工作提出并證實(shí)了替位二銪離子可實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的量子存儲(chǔ)，這一成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》上。研究組進(jìn)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(chǎng)調(diào)制的原子頻率梳量子存儲(chǔ)方案，成功地基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲(chǔ)。其量子存儲(chǔ)保真度達(dá)99.4±0.6%，驗(yàn)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(píng)論快報(bào)》上。

這項(xiàng)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(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(duì)于可集成量子存儲(chǔ)的實(shí)用化具有重要的意義。