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潍坊新闻综合频道独家:中国科大实现高机能可集成固态量子存储器

日期:2020-04-18 浏览:

我校郭光灿院士团队在量子存储规模取得重要希望。该团队李传锋、周宗权等人回收飞秒激光微加工技能制备出高保真度的可集成固态量子存储器,并基于自主研制设备首次实现稀土离子的电子自旋及核自旋相干寿命的全面晋升。相关成就别离于220号和28颁发在著名物理学期刊OpticaPhysical Review Applied上。

量子存储器是构建量子网络的焦点器件,它可以有效地降服信道损耗从而拓展量子通信的事情间隔而且可以整合分处异地的量子计较及量子传感资源。李传锋、周宗权研究组恒久致力于基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器研究,所研制固态量子存储器的保真度、维度数及多模式容量等三项技能指标均保持国际领先。

当前固态量子存储器研究面对两方面的挑战,一方面,已有的固态量子存储尝试利用的存储介质大多是块状晶体,这种质料不可直接对接光纤网络或集成光学芯片,难以实现大局限扩展性应用。另一方面,稀土离子的电子自旋及核自旋与晶体内声子彼此浸染,导致量子存储器的相干寿命严重受限。为了推进量子存储器的实用化,研究组从质料加工与测试装备着手对以上问题展开系统性研究。

为办理扩展性问题,研究组回收飞秒激光微加工技能首次在掺铕硅酸钇晶体中刻蚀出光波导,研制出可集成的固态量子存储器。波导区域距晶体外貌150微米,波导宽度为20微米,可以与其他微纳电子学及微纳光学器件举办集成加工。由于波导区域内的光场功率密度高,尝试所需的节制激光功率对比块状晶体所需功率下降了约30倍。尝试中演示了原子频率梳(AFC)以及低噪声回波规复(ROSE)两种光量子存储方案,并通过参考光信号与存储器读出光信号之间的过问干与,

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,测定了存储保真度。两种方案对应的保真度别离高出99%97%,表白这种可集成量子存储器具有很高的靠得住性。

针对相干寿命受限的问题,一个有效办理方案是结构深低温(<0.5K)的脉冲式电子与核自旋双共振谱仪(ENDOR),从而淘汰声子并极化电子自旋。由于传统的商用ENDOR 系统内热负载很高,其事情温度一般无法低于4K,此前国际学术界普遍认为深低温 ENDOR 是个无法实现的任务[Nature Nanotechnology 12, 958 (2017)]。研究组在办理了系列技能困难后,乐成搭建出国际首个深低温脉冲式电子与核自旋双共振谱仪,并严格标定其最低事情温度为0.1K。在0.1K温度下,测得掺钕硅酸钇晶体的自旋回波信号的信噪比对比4K温度下晋升了20,电子自旋的布居数寿命和相干寿命别离到达15秒和2毫秒,同时核自旋的布居数寿命和相干寿命则别离到达10分钟和40毫秒,这四项寿命指标对比4K温度下均实现高出一个数量级的晋升。

Optica审稿人评价:“the diversity of techniques and implemented protocols represents in overall an important amount of work which validates FLM waveguides as a promising platform of quantum information”(这个事情很是重要,它演示了尝试技能以及方案的多样性,证明稀土掺杂晶体中刻蚀的光波导在量子信息规模中是一个很是有前景的平台)。

Physical Review Applied审稿人评价:The measurements are enabled by the development of a millikelvin experimental apparatus capable of ENDOR spectroscopy, a setup that is relatively rare world wide… The apparatus is likewise interesting, and will likely enable detailed spectroscopy of some systems in regimes that have been hard to access before.(这些丈量是基于作者研制的一个mK 级别温度的ENDOR 谱仪实现的,这是一个国际上罕有的装备…这一设备使得一些物理系统可以实现更准确的谱阐明,进入一个前人难以到达的温度区间。)”;“An order of magnitude increase in both electron and nuclear spin coherence times is observed when going from 4 K to 100 mK. To my knowledge this is the first observation of a strong increase of spin coherence times in rare-earth doped crystals by going to sub-Kelvin temperatures.(从4K100mK,电子自旋及核自旋的相干寿命都实现高出一个数量级的晋升。这是首次在稀土离子中通过深低温调查到自旋相干寿命的显著加强。)”