Nedávno výzkumná skupina Li Chuanfenga a Zhou Zongquana, vedená akademikem Guo Guangcanem z University of Science and Technology of China, realizovala na vyžádání kvantové ukládání fotonů v komunikačním pásmu založené na erbiem dopovaných vlnovodech, což je důležitý krok směrem k výstavba rozsáhlých optických vláknových kvantových sítí. Výsledky byly nedávno zveřejněny v mezinárodním akademickém časopise Physical Review Letters.
Kvantová paměť je základním zařízením kvantové sítě. Čtením provázaných fotonů na vyžádání lze exponenciální ztrátu při přenosu optických vláken na dlouhé vzdálenosti snížit na polynomiální ztrátu. Aby bylo možné využít stávající síť optických vláken k vybudování kvantové sítě, měla by kvantová paměť pracovat v komunikačním pásmu. Erbium ion vzácných zemin má jedinečný optický přechod v komunikačním pásmu a je důležitým kandidátním materiálem pro realizaci kvantové paměti v komunikačním pásmu. Doba čtení existující kvantové paměti v komunikačním pásmu je však předem nastavena před zápisem fotonu a není možné realizovat čtení na vyžádání.
Výzkumná skupina Li Chuanfeng a Zhou Zongquan nezávisle zpracovala optický vlnovod na krystalu křemičitanu yttria dopovaného erbiem pomocí technologie přímého laserového zápisu a přímo vložila a integrovala běžná jednovidová optická vlákna na oba konce vlnovodu. Aby bylo dosaženo čtení na vyžádání, výzkumný tým dále použil technologii elektronového odpařování ke zpracování elektrod na čipu na obou stranách vlnovodu, aby využil Starkův efekt indukovaný elektrickým polem k řízení koherentního vývoje erbiových iontů v vlnovodu v reálném čase. Polarizací spinů elektronů iontů erbia a inicializací jejich jaderných spinových stavů se účinnost ukládání fotonů zvýšila na 10,9 procenta, což je 5-násobné zlepšení ve srovnání s dříve uváděným kvantovým úložištěm pro integrovaná komunikační pásma. Věrnost kvantového úložiště na vyžádání regulovaného elektrickým polem dosahuje 98,3 procenta, což daleko překračuje klasický limit s ohledem na efektivitu úložiště a fotonové statistiky.
Tento úspěch realizuje kvantové úložiště na vyžádání v komunikačním pásmu založeném na iontech erbia a toto integrované zařízení s optickým vláknem lze přímo připojit ke stávající síti optických vláken. V oblasti klasické komunikace se díky vynálezu erbiem dopovaných vláknových zesilovačů stala dálková komunikace z optických vláken realitou. Podobně lze kvantové úložiště založené na iontech erbia také použít k překonání exponenciálních ztrát v kvantové komunikaci na dlouhé vzdálenosti, což umožňuje opětovné použití iontů erbia v kvantových sítích. důležitou roli ve stavebnictví.
Tento počin hodnotitelé vysoce ocenili: "Ve srovnání s předchozími pracemi tato práce učinila důležitý pokrok, zejména přímé navázání optického vlákna na optický vlnovod, což podporuje stabilní provoz v prostředí s nízkou teplotou."
