Niedawno grupa badawcza Li Chuanfenga i Zhou Zongquana, kierowana przez akademika Guo Guangcana z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Chinach, zrealizowała kwantowe przechowywanie fotonów na żądanie w paśmie komunikacyjnym w oparciu o falowody domieszkowane erbem, co jest ważnym krokiem w kierunku budowa wielkoskalowych światłowodowych sieci kwantowych. Wyniki zostały niedawno opublikowane w międzynarodowym czasopiśmie naukowym Physical Review Letters.
Pamięć kwantowa jest podstawowym urządzeniem sieci kwantowej. Odczytując splątane fotony na żądanie, wykładniczą utratę transmisji światłowodowej na duże odległości można zredukować do utraty wielomianowej. Aby wykorzystać istniejącą sieć światłowodową do budowy sieci kwantowej, pamięć kwantowa powinna pracować w paśmie komunikacyjnym. Jon erbu ziem rzadkich ma unikalne przejście optyczne w paśmie komunikacyjnym i jest ważnym kandydatem na materiał do realizacji pamięci kwantowej w paśmie komunikacyjnym. Jednak czas odczytu istniejącej pamięci kwantowej w paśmie komunikacyjnym jest zadany przed zapisaniem fotonu i nie ma możliwości zrealizowania odczytu na żądanie.
Grupa badawcza Li Chuanfeng i Zhou Zongquan niezależnie przetworzyła falowód optyczny na domieszkowanym erbem krysztale krzemianu itru przy użyciu technologii bezpośredniego pisania laserowego oraz bezpośrednio wkleiła i zintegrowała zwykłe jednomodowe światłowody na obu końcach falowodu. Aby uzyskać odczyt na żądanie, zespół badawczy wykorzystał technologię odparowywania elektronów do obróbki elektrod na chipie po obu stronach falowodu, aby wykorzystać indukowany polem elektrycznym efekt Starka do kontrolowania spójnej ewolucji jonów erbu w falowodu w czasie rzeczywistym. Dzięki polaryzacji spinów elektronów jonów erbu i zainicjowaniu ich jądrowych stanów spinowych, wydajność magazynowania fotonów wzrasta do 10,9 procent, co stanowi 5--krotną poprawę w porównaniu z wcześniej opisanymi magazynami kwantowymi dla zintegrowanych pasm komunikacyjnych. Wierność pamięci kwantowej na żądanie, regulowanej przez pole elektryczne, sięga 98,3 procent, znacznie przekraczając klasyczną granicę, biorąc pod uwagę wydajność pamięci i statystyki fotonów.
Osiągnięcie to realizuje magazynowanie kwantowe na żądanie w paśmie komunikacyjnym opartym na jonach erbu, a to zintegrowane urządzenie światłowodowe można bezpośrednio podłączyć do istniejącej sieci światłowodowej. W dziedzinie komunikacji klasycznej wynalezienie wzmacniaczy światłowodowych domieszkowanych erbem sprawiło, że komunikacja światłowodowa na duże odległości stała się rzeczywistością. Podobnie magazyny kwantowe oparte na jonach erbu można również wykorzystać do przezwyciężenia wykładniczej utraty w komunikacji kwantowej na duże odległości, umożliwiając ponowne wykorzystanie jonów erbu w sieciach kwantowych. ważną rolę w budownictwie.
Osiągnięcie to zostało wysoko ocenione przez recenzentów: „W porównaniu z poprzednimi pracami, ta praca poczyniła znaczne postępy, zwłaszcza w zakresie bezpośredniego łączenia światłowodu z falowodem, co zapewnia stabilną pracę w środowisku o niskiej temperaturze”.
