绥化天气:中国科大实现高机能可集成固态量子存储器

新2备用网址/2020-03-28/ 分类:科技/阅读:

我校郭光灿院士团队在量子存储规模取得紧张盼望。该团队李传锋、周宗权等人回收飞秒激光微加工技能制备出高保真度的可集成固态量子存储器,并基于自立研制装备初次实现稀土离子的电子自旋及核自旋干系寿命的周全晋升。相干成就别离于220号和28颁发在闻名物理学期刊OpticaPhysical Review Applied上。

量子存储器是构建量子收集的焦点器件,它可以有用地降服信道斲丧从而拓展量子通讯的事变间隔而且可以整合分处异地的量子计较及量子传感资本。李传锋、周宗权研究组恒久致力于基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器研究,所研制固态量子存储器的保真度、维度数及多模式容量等三项技能指标均保持国际领先。

当前固态量子存储器研究面对两方面的挑衅,一方面,已有的固态量子存储尝试行使的存储介质大多是块状晶体,这种原料不可直接对接光纤收集或集成光学芯片,难以实现大局限扩展性应用。另一方面,稀土离子的电子自旋及核自旋与晶体内声子彼此浸染,导致量子存储器的干系寿命严峻受限。为了推进量子存储器的适用化,研究组从原料加工与测试设备动手对以上题目睁开体系性研究。

为办理扩展性题目,研究组回收飞秒激光微加工技能初次在掺铕硅酸钇晶体中刻蚀出光波导,研制出可集成的固态量子存储器。波导地区距晶体外貌150微米,波导宽度为20微米,可以与其他微纳电子学及微纳光学器件举办集成加工。因为波导地区内的光场功率密度高,尝试所需的节制激光功率对比块状晶体所需功率降落了约30倍。尝试中演示了原子频率梳(AFC)以及低噪声回波规复(ROSE)两种光量子存储方案,并通过参考光信号与存储器读出光信号之间的过问干与,测定了存储保真度。两种方案对应的保真度别离高出99%97%

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,表白这种可集成量子存储用具有很高的靠得住性。

针对干系寿命受限的题目,一个有用办理方案是结构深低温(<0.5K)的脉冲式电子与核自旋双共振谱仪(ENDOR),从而镌汰声子并极化电子自旋。因为传统的商用ENDOR 体系内热负载很高,其事变温度一样平常无法低于4K,此前国际学术界广泛以为深低温 ENDOR 是个无法实现的使命[Nature Nanotechnology 12, 958 (2017)]。研究组在办理了系列技能困难后,乐成搭建出国际首个深低温脉冲式电子与核自旋双共振谱仪,并严酷标定其最低事变温度为0.1K。在0.1K温度下,测得掺钕硅酸钇晶体的自旋回波信号的信噪比对比4K温度下晋升了20,电子自旋的布居数寿命和干系寿命别离到达15秒和2毫秒,同时核自旋的布居数寿命和干系寿命则别离到达10分钟和40毫秒,这四项寿命指标对比4K温度下均实现高出一个数目级的晋升。

Optica审稿人评价:“the diversity of techniques and implemented protocols represents in overall an important amount of work which validates FLM waveguides as a promising platform of quantum information”(这个事变很是紧张,它演示了尝试技能以及方案的多样性,证实稀土掺杂晶体中刻蚀的光波导在量子信息规模中是一个很是有远景的平台)。

Physical Review Applied审稿人评价:The measurements are enabled by the development of a millikelvin experimental apparatus capable of ENDOR spectroscopy, a setup that is relatively rare world wide… The apparatus is likewise interesting, and will likely enable detailed spectroscopy of some systems in regimes that have been hard to access before.(这些丈量是基于作者研制的一个mK 级别温度的ENDOR 谱仪实现的,这是一个国际上罕有的设备…这一装备使得一些物理体系可以实现更正确的谱说明,进入一个前人难以到达的温度区间。)”;“An order of magnitude increase in both electron and nuclear spin coherence times is observed when going from 4 K to 100 mK. To my knowledge this is the first observation of a strong increase of spin coherence times in rare-earth doped crystals by going to sub-Kelvin temperatures.(从4K100mK,电子自旋及核自旋的干系寿命都实现高出一个数目级的晋升。这是初次在稀土离子中通过深低温调查到自旋干系寿命的明显加强。)”

两篇论文的第一作者别离为中科院量子信息重点尝试室博士研究生刘超和李佩耘。该事变获得了科技部、国度天然科学基金委、中科院、安徽省的扶助。


绥化气候:中国科大实现高性能可集成固态量子存储器

可集成固态量子存储尝试表示图


绥化气候:中国科大实现高性能可集成固态量子存储器

(a)深低温电子与核自旋双共振谱仪的样品局部图(b)自旋回波信号强度与事变温度的相关


(中科院量子信息重点尝试室、中科院量子信息与量子科技创新研究院、科研部)


文章链接:

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

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

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