我国科学家突破！毫秒级可集成量子存储器研制成功

近日，中国科学技术大学传来振奋人心的消息，该校郭光灿院士所带领的团队在量子存储技术领域取得了关键性突破。这一突破聚焦于可集成量子存储器的性能提升，为量子通信的未来铺平了道路。

据悉，郭光灿院士团队的李传锋与周宗权两位研究员，基于团队独创的无噪声光子回波（NLPE）技术，成功将可集成量子存储器的存储时间从以往的10微秒级显著延长至毫秒级。这一成果不仅打破了传统光纤延迟线的效率限制，还于3月26日在国际权威学术期刊《科学・进展》上发表。

在量子通信网络中，光量子存储器扮演着至关重要的角色，它是克服信道损耗、构建大规模量子网络的核心组件。然而，要实现其规模化应用，必须实现器件的集成化，以满足小尺寸和低功耗的需求。自2011年起，国际学术界已尝试多种工艺在稀土掺杂晶体中制备可集成量子存储器，但受限于集成器件中的噪声难以滤除以及存储效率不高，这些装置的存储时间仅能达到10微秒级，且存储效率远低于光纤延迟线。

为了攻克这一技术难题，李传锋和周宗权的研究组利用飞秒激光微加工技术，在掺铕硅酸钇晶体中精心制备了圆对称的凹陷包层光波导。这一创新设计实现了基于偏振自由度的噪声滤除，并结合团队原创的NLPE量子存储方案，显著提升了存储效率。更重要的是，他们在晶体上表面集成了共面电波导，通过施加射频磁场，成功实现了对光波导内铕离子核自旋跃迁的动力学解耦控制，从而将自旋波量子存储的寿命延长至毫秒级。

当光量子比特的存储时间达到1.021毫秒时，其存储效率高达12.0±0.5%，这一效率远超对应延时的光纤延迟线的传输效率（仅为0.01%）。这一成果不仅证明了可集成量子存储器件在功能上已远超光纤延迟线，更为其在长程量子网络中的实际应用奠定了坚实基础。

此次突破不仅将可集成量子存储器的寿命从10微秒级提升至毫秒级，还首次实现了存储效率超越光纤延迟线的壮举。这一成就展现了NLPE方案在解决长寿命量子存储信噪比问题上的巨大潜力，得到了审稿人的高度评价：“这是在可集成量子存储领域非常重要的进步”，“这项工作对可集成和长寿命量子存储器的发展做出了重要贡献”。

此次研究的第一作者是中国科学院量子信息重点实验室的博士生刘宇平，该研究得到了科技创新2030重大项目、国家自然科学基金委、安徽省以及中国科学院的资助。周宗权研究员还获得了中国科学院青年创新促进会优秀会员的资助。