近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)傳來振奮人心的消息，該校郭光燦院士所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在量子存儲技術(shù)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性突破。這一突破聚焦于可集成量子存儲器的性能提升，為量子通信的未來鋪平了道路。

據(jù)悉，郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒與周宗權(quán)兩位研究員，基于團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的無噪聲光子回波（NLPE）技術(shù)，成功將可集成量子存儲器的存儲時(shí)間從以往的10微秒級顯著延長至毫秒級。這一成果不僅打破了傳統(tǒng)光纖延遲線的效率限制，還于3月26日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)?進(jìn)展》上發(fā)表。

在量子通信網(wǎng)絡(luò)中，光量子存儲器扮演著至關(guān)重要的角色，它是克服信道損耗、構(gòu)建大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的核心組件。然而，要實(shí)現(xiàn)其規(guī)模化應(yīng)用，必須實(shí)現(xiàn)器件的集成化，以滿足小尺寸和低功耗的需求。自2011年起，國際學(xué)術(shù)界已嘗試多種工藝在稀土摻雜晶體中制備可集成量子存儲器，但受限于集成器件中的噪聲難以濾除以及存儲效率不高，這些裝置的存儲時(shí)間僅能達(dá)到10微秒級，且存儲效率遠(yuǎn)低于光纖延遲線。

為了攻克這一技術(shù)難題，李傳鋒和周宗權(quán)的研究組利用飛秒激光微加工技術(shù)，在摻銪硅酸釔晶體中精心制備了圓對稱的凹陷包層光波導(dǎo)。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于偏振自由度的噪聲濾除，并結(jié)合團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的NLPE量子存儲方案，顯著提升了存儲效率。更重要的是，他們在晶體上表面集成了共面電波導(dǎo)，通過施加射頻磁場，成功實(shí)現(xiàn)了對光波導(dǎo)內(nèi)銪離子核自旋躍遷的動(dòng)力學(xué)解耦控制，從而將自旋波量子存儲的壽命延長至毫秒級。

當(dāng)光量子比特的存儲時(shí)間達(dá)到1.021毫秒時(shí)，其存儲效率高達(dá)12.0±0.5%，這一效率遠(yuǎn)超對應(yīng)延時(shí)的光纖延遲線的傳輸效率（僅為0.01%）。這一成果不僅證明了可集成量子存儲器件在功能上已遠(yuǎn)超光纖延遲線，更為其在長程量子網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

此次突破不僅將可集成量子存儲器的壽命從10微秒級提升至毫秒級，還首次實(shí)現(xiàn)了存儲效率超越光纖延遲線的壯舉。這一成就展現(xiàn)了NLPE方案在解決長壽命量子存儲信噪比問題上的巨大潛力，得到了審稿人的高度評價(jià)：“這是在可集成量子存儲領(lǐng)域非常重要的進(jìn)步”，“這項(xiàng)工作對可集成和長壽命量子存儲器的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)”。

此次研究的第一作者是中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士生劉宇平，該研究得到了科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委、安徽省以及中國科學(xué)院的資助。周宗權(quán)研究員還獲得了中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會優(yōu)秀會員的資助。