中国学者用飞秒激光制备量子存储器

介绍中国科大团队的固态量子存储器新突破

近日，中国科学技术大学宣布其郭光灿院士团队在量子存储领域取得重要进展，成功制备出高性能的可集成固态量子存储器。这一成果不仅标志着中国在量子科技领域的又一里程碑，也为量子通信的未来铺平了道路。

这一创新成果已经发表在著名的物理学期刊上，引起了国际学术界的广泛关注。团队中的李传锋、周宗权等人采用飞秒激光微加工技术，成功制备出高保真度的可集成固态量子存储器。更令人振奋的是，他们基于自主研制设备，实现了稀土离子的电子自旋及核自旋相干寿命的全面提升。

量子存储器是构建量子网络的核心器件。传统的信道容易受到损耗，而量子存储器却能有效地克服这一难题，从而大大拓展量子通信的工作距离。它还能整合分布在不同地点的量子计算和量子传感资源，实现真正的资源共享和应用协同。

当前固态量子存储器的研究面临两大挑战。现有的存储介质大多为块状晶体，难以直接融入光纤网络或集成光学芯片，从而限制了其大规模扩展性应用。稀土离子的电子自旋及核自旋与晶体内声子的相互作用，使得量子存储器的相干寿命受到严重限制。

针对这些问题，研究组从材料加工与测试装备入手，展开系统性研究。他们采用飞秒激光微加工技术，在掺铕硅酸钇晶体中刻蚀出光波导，成功研制出可集成的固态量子存储器。实验测定两种方案的保真度超过99%和97%，显示出极高的可靠性。

针对相干寿命的问题，研究组成功搭建出国际首个深低温脉冲式电子与核自旋双共振谱仪。在极低温度下，他们测得掺钕硅酸钇晶体的自旋回波信号信噪比大幅提升，电子自旋和核自旋的布居数寿命和相干寿命均实现显著增长。

Physical Revie Applied的审稿人高度评价了这一成果，从4K到100mK的温度变化中，电子自旋及核自旋的相干寿命都实现了超过一个数量级的提升。这一成果为稀土离子中深低温下的自旋相干寿命增强提供了有力证据。

随着这一创新的推进，量子存储器不仅将更加实用化，而且其可扩展性和可靠性也将大幅提升。这不仅将推动量子通信的发展，还将为量子计算和量子传感等领域的整合提供强大的技术支持。期待未来这一技术能在更多领域得到应用，为人类带来更多的惊喜和突破。