最近、Li Chuanfeng と Zhou Zongquan の研究グループは、中国科学技術大学の学者である Guo Guangcan が率い、エルビウムをドープした導波路に基づく通信帯域での光子のオンデマンド量子ストレージを実現しました。大規模な光ファイバー量子ネットワークの構築。 この結果は、最近、国際学術誌 Physical Review Letters に掲載されました。
量子メモリは、量子ネットワークのコア デバイスです。 絡み合った光子をオンデマンドで読み取ることにより、長距離光ファイバー伝送における指数関数的損失を多項式損失に減らすことができます。 既存の光ファイバーネットワークを利用して量子ネットワークを構築するためには、量子メモリが通信帯域で動作する必要があります。 希土類エルビウムイオンは、通信帯域で特異な光学遷移を示し、通信帯域での量子メモリ実現の重要な候補材料です。 しかし、通信帯域における既存の量子メモリの読み出し時間は、光子が書き込まれる前にあらかじめ設定されており、オンデマンド読み出しを実現することは不可能です。
Li ChuanfengとZhou Zongquanの研究グループは、レーザー直接書き込み技術を使用して、エルビウムをドープしたケイ酸イットリウム結晶上に光導波路を独自に加工し、導波路の両端に通常のシングルモード光ファイバーを直接貼り付けて統合しました。 オンデマンド読み取りを実現するために、研究チームはさらに電子蒸着技術を使用して導波路の両側にオンチップ電極を処理し、電界誘起シュタルク効果を使用してエルビウムイオンのコヒーレント進化を制御しました。リアルタイムで導波管。 エルビウム イオンの電子スピンを分極し、その核スピン状態を初期化することにより、光子ストレージ効率が 10.9% に向上しました。これは、以前に報告された統合通信帯域の量子ストレージと比較して 5- 倍の改善です。 電場によって調整されるオンデマンド量子ストレージの忠実度は 98.3% に達し、ストレージ効率と光子統計を考慮した従来の限界をはるかに超えています。
この成果により、エルビウムイオンに基づく通信帯域でのオンデマンド量子ストレージが実現し、この光ファイバー集積デバイスは既存の光ファイバーネットワークに直接接続することができます。 古典的な通信の分野では、エルビウム添加ファイバー増幅器の発明により、長距離の光ファイバー通信が実現しました。 同様に、エルビウム イオンに基づく量子ストレージを使用して、長距離量子通信における指数関数的損失を克服することもでき、エルビウム イオンを量子ネットワークで再び使用できるようになります。 建設における重要な役割。
この成果は、審査員から「これまでの研究と比較して、特に低温環境下での安定動作を支える光ファイバと光導波路との直接接合が大きな進歩を遂げている」と高く評価されました。
