中国科大制备出可集成固态量子存储器―高校科

作者：张馨予

　　中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子存储领域取得重要进展。该团队李传锋、周宗权等人采用飞秒激光微加工技术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提升。相关成果分别于2月20日和28日发表在《光学》和《应用物理评论》上。

　　当前固态量子存储器研究面临两方面的挑战，一方面，已有的固态量子存储实验使用的存储介质大多是块状晶体，这种材料不能直接对接光纤网络或集成光学芯片，难以实现大规模扩展性应用。另一方面，稀土离子的电子自旋及核自旋与晶体内声子相互作用，导致量子存储器的相干寿命严重受限。

　　为解决扩展性问题，研究组采用飞秒激光微加工技术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。实验中演示了原子频率梳（AFC）以及低噪声回波恢复（ROSE）两种光量子存储方案，两种方案对应的保真度分别超过99%和97%，表明这种可集成量子存储器具有很高的可靠性。

　　针对相干寿命受限的问题，一个有效解决方案是构造深低温（<0.5K）的脉冲式电子与核自旋双共振谱仪（ENDOR），从而减少声子并极化电子自旋。研究组成功搭建出国际首个深低温脉冲式电子与核自旋双共振谱仪，并严格标定其最低工作温度为0.1K。

　　审稿人认为，在0.1K的工作温度下，电子自旋及核自旋的相干寿命实现超过一个数量级的提升。这是首次在稀土离子中通过深低温观察到自旋相干寿命的显著增强。