帖子
勛章
關(guān)注
任務(wù)
中國(guó)科大首次實(shí)現(xiàn)按需式讀取的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)器 量子存儲(chǔ)器是構(gòu)建大尺度量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件。基于量子存儲(chǔ)器的量子中繼或量子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(zhǎng)期致力于基于稀土摻雜晶體的固態(tài)量子存儲(chǔ)器的實(shí)驗(yàn)研究。為了提升量子存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，滿足規(guī)模化應(yīng)用的需求，研究組近年來(lái)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(chǔ)器。 所謂按需式讀取是指光子寫入存儲(chǔ)器以后再根據(jù)需求決定讀出的時(shí)間，它對(duì)實(shí)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(guó)際上已有的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)器都是基于簡(jiǎn)單的原子頻率梳方案，其讀出時(shí)間是在光子寫入之前預(yù)先設(shè)定的，無(wú)法按需讀取。為了實(shí)現(xiàn)按需式讀取，研究組采用了一種改進(jìn)的量子存儲(chǔ)方案，即電場(chǎng)調(diào)制的原子頻率梳方案。它通過(guò)引入兩個(gè)電脈沖，利用斯塔克效應(yīng)實(shí)時(shí)操控稀土離子的演化從而控制存儲(chǔ)器的讀出時(shí)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(gè)面上電極，從而能以TTL兼容的5V電壓實(shí)時(shí)操控存儲(chǔ)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)按需式讀取。實(shí)驗(yàn)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(chǔ)器的最優(yōu)水平。最終，基于該自制器件研究組在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了按需式讀取的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)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(chǔ)保真度的最高紀(jì)錄（99.9%，PRL108, 190505），表明這種可集成量子存儲(chǔ)器具有極高的可靠性。  實(shí)驗(yàn)光路圖和顯微鏡下集成量子存儲(chǔ)器照片（右側(cè)插圖） 該成果對(duì)大容量量子存儲(chǔ)和構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)均有重要意義。審稿人對(duì)該工作給予了高度評(píng)價(jià)：“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(gè)實(shí)驗(yàn)很重要，因?yàn)橹翱杉晒虘B(tài)量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)都局限于演示提前確定的讀取時(shí)間。) ” ; “The work demonstrates a significant advancement in the field and is of broad interest to the scientific community.（這項(xiàng)工作是量子存儲(chǔ)領(lǐng)域的一個(gè)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究生劉超和朱天翔。該工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、安徽省以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助。 論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.260504 |
