可集成固態量子存儲(chu) 實驗示意圖。中國科大供圖。　吳蘭(lan) 　攝

中新網合肥3月8日電 (記者 吳蘭(lan) )中國科學技術大學8日消息：該校郭光燦院士團隊在量子存儲(chu) 領域取得重要進展——用飛秒激光技術製備出高性能可集成固態量子存儲(chu) 器。

相關(guan) 成果分別於(yu) 近日發表在著名物理學期刊Optica和Physical Review Applied上。

據介紹，團隊李傳(chuan) 鋒、周宗權等人采用飛秒激光微加工技術製備出高保真度的可集成固態量子存儲(chu) 器，並基於(yu) 自主研製設備首次實現稀土離子的電子自旋及核自旋相幹壽命的全麵提升。

量子存儲(chu) 器是構建量子網絡的核心器件，它可以有效地克服信道損耗從(cong) 而拓展量子通信的工作距離並且可以整合分處異地的量子計算及量子傳(chuan) 感資源。

當前固態量子存儲(chu) 器研究麵臨(lin) 兩(liang) 方麵的挑戰，一方麵，已有的固態量子存儲(chu) 實驗使用的存儲(chu) 介質大多是塊狀晶體(ti) ，這種材料不能直接對接光纖網絡或集成光學芯片，難以實現大規模擴展性應用；另一方麵，稀土離子的電子自旋及核自旋與(yu) 晶體(ti) 內(nei) 聲子相互作用，導致量子存儲(chu) 器的相幹壽命嚴(yan) 重受限。為(wei) 了推進量子存儲(chu) 器的實用化，研究組從(cong) 材料加工與(yu) 測試裝備著手對以上問題展開係統性研究。

為(wei) 解決(jue) 擴展性問題，研究組采用飛秒激光微加工技術首次在摻銪矽酸釔晶體(ti) 中刻蝕出光波導，研製出可集成的固態量子存儲(chu) 器。實驗測定兩(liang) 種方案對應的保真度分別超過99%和97%，表明這種可集成量子存儲(chu) 器具有很高的可靠性。

針對相幹壽命受限的問題，此前國際學術界普遍認為(wei) 深低溫(<0.5K)的脈衝(chong) 式電子與(yu) 核自旋雙共振譜儀(yi) 是個(ge) 無法實現的任務。研究組在解決(jue) 了係列技術難題後，成功搭建出國際首個(ge) 深低溫脈衝(chong) 式電子與(yu) 核自旋雙共振譜儀(yi) ，並嚴(yan) 格標定其最低工作溫度為(wei) 0.1K。

在0.1K溫度下，測得摻釹矽酸釔晶體(ti) 的自旋回波信號的信噪比相比4K溫度下提升了20倍，電子自旋的布居數壽命和相幹壽命分別達到15秒和2毫秒，同時核自旋的布居數壽命和相幹壽命則分別達到10分鍾和40毫秒，這四項壽命指標相比4K溫度下均實現超過一個(ge) 數量級的提升。

Physical Review Applied審稿人評價(jia) 認為(wei) ，從(cong) 4K到100mK，電子自旋及核自旋的相幹壽命都實現超過一個(ge) 數量級的提升。這是首次在稀土離子中通過深低溫觀察到自旋相幹壽命的顯著增強。