Figur 1 (a) Nivåstruktur av 151 Eu 3 + joner vid noll magnetfält. (b) Diagram över experimentuppställningen. De akustiska optiska modulatorerna märkta som AOM 1 och AOM 2 används för att generera förberedelse- och ingångsstrålar. Ingångs- och förberedelsestrålarna kombineras av en stråldelare (BS) med ett reflektions-till-transmissionsförhållande på 90 ∶ 10 . Den kombinerade strålen kopplas in i vågledaren och samlas sedan in i en enkelmodsfiber med en linsgrupp. Den mekaniska slutaren 1 och slutaren 2 säkerställer att enkelfotondetektorn skyddas från det starka förberedelseljuset. Infälld:ovanifrån av kvantminnet på chipet under ett mikroskop. Sex spår tillverkas på provet med ett avstånd på 23 μm, bildar fem typ IV-vågledare. Den centrala med minsta insättningsförlust används för kvantlagringen. Silverlinjer ger det elektriska fältet för kontroll av lagringstid. FC:Fiberkoppling, HWP:halvvågsplatta. Phys. Rev. Lett. 125, 260504
Forskare från CAS Key Laboratory of Quantum Information vid University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin har för första gången demonstrerat on-demand-lagring av fotoniska qubits i ett integrerat solid-state kvantminne. Detta arbete publicerades i Physics Review Letters .
Kvantminne är kärntekniken för att bygga storskaliga kvantnätverk. Quantum repeaters eller quantum hårddiskar, baserat på kvantminnen, kan effektivt övervinna fotonförlust i kanalen, vilket förlänger arbetsavståndet för kvantnätverk.
On-demand-lagring kräver bestämning av lagringstiden efter att fotonen har absorberats av kvantminnet, vilket är viktigt för kvantnätverk. Dock, integrerade kvantminnen i fast tillstånd som visats hittills är alla baserade på atomic frequency comb (AFC)-schemat med en förutbestämd lagringstid.
För att uppnå on-demand-lagring, forskarna antog ett modifierat kvantminnesschema:det Stark-modulerade AFC-schemat. De använde sig av Stark-effekten för att manipulera utvecklingen av joner av sällsynta jordartsmetaller i realtid genom att introducera två elektriska pulser för att kontrollera lagringstiden för kvantminnet.
Forskarna använde först ett femtosekundlasermikrobearbetningssystem (FLM) för att tillverka optiska vågledare på ytan av en europiumdopad yttriumsilikatkristall, och placerade sedan två on-chip-elektroder på båda sidor av de optiska vågledarna, så att lagringstiden kunde styras i realtid med en transistor-transistor logik (TTL)-kompatibel spänning. Insättningsförlusten för den optiska vågledaren var under 1 dB, vilket för närvarande är det bästa värdet som rapporterats för integrerade kvantminnen i fast tillstånd.
De demonstrerade on-demand-lagring av time-bin qubits med sådant integrerat solid-state kvantminne, med en lagringssäkerhet på 99,3 %±0,2 %. Detta resultat är nära den bästa lagringsfideliteten som uppnåtts med i bulkkristaller (99,9 %, PRL108, 190505) som också rapporterades av samma forskargrupp 2012. Högtroheten indikerar tillförlitligheten hos detta integrerade kvantminne.
Detta arbete är av stor betydelse för att bygga kvantminne med stor kapacitet och konstruera kvantnätverk.
