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中國科大制備出可集成固態量子存儲器

來源:中國科學報 楊凡 訪問:129 時間:2020-03-10

  中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子存儲領域取得重要進展。該團隊李傳鋒、周宗權等人采用飛秒激光微加工技術制備出高保真度的可集成固態量子存儲器,并基于自主研制設備首次實現稀土離子的電子自旋及核自旋相干壽命的全面提升。相關成果分別于2月20日和28日發表在《光學》和《應用物理評論》上。

  當前固態量子存儲器研究面臨兩方面的挑戰,一方面,已有的固態量子存儲實驗使用的存儲介質大多是塊狀晶體,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。另一方面,稀土離子的電子自旋及核自旋與晶體內聲子相互作用,導致量子存儲器的相干壽命嚴重受限。

  為解決擴展性問題,研究組采用飛秒激光微加工技術首次在摻銪硅酸釔晶體中刻蝕出光波導,研制出可集成的固態量子存儲器。實驗中演示了原子頻率梳(AFC)以及低噪聲回波恢復(ROSE)兩種光量子存儲方案,兩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器具有很高的可靠性。

  針對相干壽命受限的問題,一個有效解決方案是構造深低溫(<0.5K)的脈沖式電子與核自旋雙共振譜儀(ENDOR),從而減少聲子并極化電子自旋。研究組成功搭建出國際首個深低溫脈沖式電子與核自旋雙共振譜儀,并嚴格標定其最低工作溫度為0.1K。

  審稿人認為,在0.1K的工作溫度下,電子自旋及核自旋的相干壽命實現超過一個數量級的提升。這是首次在稀土離子中通過深低溫觀察到自旋相干壽命的顯著增強。

  相關論文信息:

  https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-7-2-192

  https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.13.024080

  (原載于《中國科學報》 2020-03-10 第1版 要聞)
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