For nylig realiserede Li Chuanfeng og Zhou Zongquans forskningsgruppe, ledet af akademiker Guo Guangcan fra University of Science and Technology of China, on-demand kvantelagring af fotoner i kommunikationsbåndet baseret på erbium-dopede bølgeledere, hvilket er et vigtigt skridt i retning af opbygning af storskala optiske fiber kvantenetværk. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i det internationale akademiske tidsskrift Physical Review Letters.
Kvantehukommelse er kerneenheden i kvantenetværket. Ved at læse sammenfiltrede fotoner efter behov kan det eksponentielle tab i langdistanceoptisk fibertransmission reduceres til polynomielt tab. For at bruge det eksisterende optiske fibernetværk til at bygge et kvantenetværk, bør kvantehukommelsen fungere i kommunikationsbåndet. Den sjældne jordart erbium-ion har en unik optisk overgang i kommunikationsbåndet og er et vigtigt kandidatmateriale til at realisere kvantehukommelse i kommunikationsbåndet. Imidlertid er udlæsningstiden for den eksisterende kvantehukommelse i kommunikationsbåndet forudindstillet, før fotonen skrives, og det er umuligt at realisere on-demand udlæsning.
Forskergruppen af Li Chuanfeng og Zhou Zongquan behandlede uafhængigt den optiske bølgeleder på den erbium-doterede yttriumsilikatkrystal ved hjælp af laser-direkteskrivningsteknologi og direkte indsatte og integrerede almindelige single-mode optiske fibre i begge ender af bølgelederen. For at opnå on-demand læsning brugte forskerholdet yderligere elektronfordampningsteknologi til at behandle on-chip elektroder på begge sider af bølgelederen for at bruge den elektriske felt-inducerede Stark-effekt til at kontrollere den sammenhængende udvikling af erbiumioner i bølgelederen i realtid. Ved at polarisere elektronspin af erbium-ioner og initialisere deres nukleare spin-tilstande øges fotonlagringseffektiviteten til 10,9 procent, hvilket er en 5-fold forbedring sammenlignet med tidligere rapporteret kvantelagring for integrerede kommunikationsbånd. Troværdigheden af on-demand kvantelagring reguleret af det elektriske felt når 98,3 procent, hvilket langt overstiger den klassiske grænse i betragtning af lagereffektiviteten og fotonstatistikken.
Denne præstation realiserer on-demand kvantelagring i kommunikationsbåndet baseret på erbiumioner, og denne optiske fiberintegrerede enhed kan forbindes direkte med det eksisterende optiske fibernetværk. Inden for klassisk kommunikation har opfindelsen af erbium-doterede fiberforstærkere gjort langdistance optisk fiberkommunikation til en realitet. På samme måde kan kvantelagring baseret på erbiumioner også bruges til at overvinde det eksponentielle tab i langdistance kvantekommunikation, hvilket gør det muligt for erbiumioner at blive brugt igen i kvantenetværk. vigtig rolle i byggeriet.
Denne præstation blev meget rost af anmelderne: "Sammenlignet med tidligere arbejde har dette arbejde gjort vigtige fremskridt, især den direkte binding af den optiske fiber til den optiske bølgeleder, som understøtter stabil drift i et miljø med lav temperatur."
