中国科大实现毫秒级可集成量子存储器

中国科技大学郭光灿院士团队李传锋和周宗权研究小组基于团队原创的无噪音光子回波方案，将可集成量子存储器的存储时间从10微秒提高到毫秒，同时成功突破了传统光纤延迟线的效率。3月26日，该结果在《科学-进步》中公布。

长寿命可以集成量子存储试验示意图，插图显示存储器入射端面的细节。中国科技大学提供图片

作为克服信道消耗、构建大规模量子网络的核心器件，光量子存储器的大规模应用需要实现器件的整合，从而达到超小、低功耗的目的。自2011年以来，国际上已经使用各种技术在稀土混合晶体中制备了可集成的量子存储器。但由于集成器件噪音难以过滤，存储效率有限，目前设备只能实现原子激发态的存储，存储时间只有10微秒，存储效率远低于光纤延迟线的传输效率，从根本上限制了其在远程量子通信中的实际应用。

为了解决这个问题，李传锋和周宗权研究小组利用飞秒激光微加工技术，在混合硅酸晶体中制备了圆对称的凹陷包层光波导，基于偏振自由度完成了噪声过滤，结合团队原有的无噪声光子回波量子存储方案，大大提高了存储效率，从而实现了原子基状态下的自旋波可集成量子存储。

近日，该团队通过施加射频磁场，将共面电波导集成到晶体表面，完成对光波导内离子核自旋转转动的动力学解耦控制，同时将自旋波量子的存储寿命延长到毫秒。在存储时间达到1.021ms的情况下，光量子比特的存储效率达到12.0±0.5%，这种效率远远超过相应延迟光纤延迟线的传输效率，充分证明可集成量子存储器件在功能上不能被光纤延迟线取代。

据研究人员介绍，该工作将可集成量子存储器的使用寿命从10微秒提高到毫秒，首次实现了存储效率超过光纤延迟线的突破，为可集成量子存储在长度量子网络中的实际应用奠定了坚实的基础。同时，这一结果显示了无噪音光子回波方案在处理长寿命量子存储信噪比方面的巨大潜力。

审稿人高度评价:“这是可集成量子存储领域的重要进步”，“这项工作为可集成和长寿命量子存储的发展做出了重要贡献”。