5月6日，中國科大郭光燦院士團隊在固態(tài)量子存儲領域取得重要進展。該團隊李傳鋒、周宗權研究組基于自主加工的激光直寫波導，實現(xiàn)了光子偏振態(tài)的可集成固態(tài)量子存儲，存儲保真度高達99.4±0.6%，該工作顯著推進了可集成量子存儲器在量子網(wǎng)絡中的應用。相關成果近日發(fā)表在國際知名學術期刊《Science Bulletin》和《Physical Review Letters》上。

光子的偏振態(tài)具有操作精度高和抗干擾能力強的特點，在量子信息任務中具有廣泛的應用。實現(xiàn)偏振態(tài)的可集成量子存儲是構建大尺度可集成量子網(wǎng)絡的基本需求。稀土摻雜晶體作為一種性能優(yōu)異的固態(tài)量子存儲介質，能夠結合多種微納工藝制備出可集成的量子存儲器。然而已有的可集成固態(tài)量子存儲器均無法實現(xiàn)偏振態(tài)的量子存儲，這是由于稀土摻雜晶體的光吸收一般是依賴于偏振態(tài)的，并且其微納波導結構也不支持任意偏振態(tài)的傳輸。

在既有研究基礎上，李傳鋒、周宗權研究組于近期注意到摻銪硅酸釔晶體中占據(jù)第二類釔替位的替位二銪離子可以實現(xiàn)對任意偏振態(tài)的均勻吸收。研究組首先采用光譜燒孔技術測定替位二銪離子的準確能級結構，再結合研究組原創(chuàng)的“無噪聲光子回波（NLPE）”量子存儲方案克服替位二銪離子的弱吸收問題，最終基于單次通過的單塊晶體即實現(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲。

研究組進一步利用飛秒激光直寫技術在摻銪硅酸釔晶體中加工出凹陷包層波導。這種波導具有圓對稱的結構，可以支持任意偏振態(tài)的低損耗傳輸。研究組采用光譜燒孔技術提升替位二銪離子的吸收深度達2.6倍，再結合電場調制的原子頻率梳量子存儲方案，成功地基于波導結構實現(xiàn)了偏振態(tài)的量子存儲。量子存儲保真度達99.4±0.6%，驗證了這一可集成器件的高可靠性。

據(jù)介紹，這一工作把光子的偏振自由度應用到可集成量子存儲領域，為基于偏振編碼構建量子網(wǎng)絡奠定了基礎。同時偏振自由度為可集成器件的噪聲抑制提供了一個有效的濾波自由度，對于可集成量子存儲的實用化具有重要的意義。（校對/若冰）