光子偏振态的可集成固态量子存储首次实现

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组基于自主加工的激光直写波导，实现了光子偏振态的可集成固态量子存储，存储保真度高达99.4±0.6%，显著推进了可集成量子存储器在量子网络中的应用。相关成果日前发表在国际知名学术期刊《科学通报》和《物理评论快报》上。

中国科大供图

稀土掺杂晶体作为一种性能优异的固态量子存储介质，能够结合多种微纳工艺制备出可集成的量子存储器。然而，已有的可集成固态量子存储器均无法实现偏振态的量子存储，这是由于稀土掺杂晶体的光吸收一般是依赖于偏振态的，并且其微纳波导结构也不支持任意偏振态的传输。

研究人员首先采用光谱烧孔技术测定替位二铕离子的准确能级结构，再结合研究组原创的“无噪声光子回波”量子存储方案克服替位二铕离子的弱吸收问题，最终基于单次通过的单块晶体即实现了偏振态的量子存储。该工作提出并证实了替位二铕离子可实现偏振态的量子存储，这一成果发表在《科学通报》上。研究组进一步利用飞秒激光直写技术在掺铕硅酸钇晶体中加工出凹陷包层波导。这种波导可以支持任意偏振态的低损耗传输，再结合电场调制的原子频率梳量子存储方案，成功地基于波导结构实现了偏振态的量子存储。其量子存储保真度达99.4±0.6%，验证了这一可集成器件的高可靠性。这一成果发表在《物理评论快报》上。

这项研究为基于偏振编码构建量子网络奠定了基础，同时为可集成器件的噪声抑制提供了一个有效的滤波自由度，对于可集成量子存储的实用化具有重要的意义。审稿人高度评价该成果：“首次展示了硅酸钇晶体中激光直写波导与偏振编码的兼容性……显然处于最先进的技术水平，具有最高的复杂性和技术性”。

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