Хранение фотонных кубитов по требованию на телекоммуникационных длинах волн
В недавнем исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, исследовательская группа под руководством профессора Го Гуанцана из Университета науки и технологии Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS) добилась хранения фотонных кубитов по требованию в телекоммуникациях с использованием лазерного волновода, изготовленного из кристалла, легированного эрбием.
Схема экспериментальной установки.
(а) Оптический тракт перед криостатом можно разделить на три участка: один для спектральной инициализации, один для приготовления АЧХ и один для входных импульсов. Все лучи контролируются акустооптическими модуляторами (АОМ) в двухпроходных конфигурациях. Двойной параллельный модулятор Маха-Цендера (DPMZM) используется для широкополосной развертки во время спектральной инициализации. Входной импульс ослабляется до слабого когерентного состояния фильтрами нейтральной плотности (NDF). Все лучи объединяются двумя светоделителями 50∶50 и собираются в одномодовое волокно, подключающееся к памяти. Поляризация лазера каждого луча регулируется с помощью полуволновых пластин (HWP) для оптимизации поглощения образца. Два механических затвора используются для защиты однофотонного детектора от сильного лазера.
(б) Микрофотография запоминающего устройства. Слева — одноканальный оптоволоконный массив. Справа находитсяКристалл 167 Er 3+ :Y 2 SiO 5 с волноводом, написанным лазером внутри (слишком тонким, чтобы его можно было увидеть) и золотыми электродами поверх него.
(c) Поперечное сечение лазерного волновода.
Авторы и права: Письма с физическим обзором (2022 г.). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.210501
Квантовая память — важнейшее устройство в квантовых сетях. Для создания квантовых сетей с использованием существующих оптоволоконных сетей такие устройства должны работать на телекоммуникационных длинах волн. Однако из-за фиксированного времени считывания ранее существовавшие системы квантовой памяти на телекоммуникационных длинах волн не могли реализовать хранение по требованию.
В этом исследовании исследователи обработали встроенную в волокно квантовую память на телекоммуникационных длинах волн на основе лазерного волновода, изготовленного из кристалла силиката иттрия, легированного эрбием ( 167 Er 3+ :Y 2 SiO 5 ).
Чтобы реализовать хранение и извлечение по запросу, исследователи приклеили и интегрировали обычные одномодовые волокна на обоих концах волновода. Они использовали технологию электронного испарения для изготовления встроенных электродов с обеих сторон волновода. Чтобы еще больше повысить эффективность хранения, они поляризовали электронный спин иона эрбия и инициализировали состояние его ядерного спина.
Такие методы привели к пятикратному увеличению (до 10,9%) эффективности хранения фотонов по сравнению с ранее опубликованными результатами. Кроме того, достоверность квантового хранилища по требованию достигла 98,3%, что значительно снизило потери при передаче по оптическому волокну на большие расстояния.
Эта работа демонстрирует важное требование к приложениям квантовых сетей на основе оптоволокна и является шагом вперед в построении крупномасштабных квантовых сетей на основе существующих оптоволоконных сетей.
