Recentemente, il gruppo di ricerca di Li Chuanfeng e Zhou Zongquan, guidato dall'accademico Guo Guangcan dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, ha realizzato l'archiviazione quantistica on-demand di fotoni nella banda di comunicazione basata su guide d'onda drogate con erbio, che è un passo importante verso la costruzione di reti quantistiche in fibra ottica su larga scala. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista accademica internazionale Physical Review Letters.
La memoria quantistica è il dispositivo centrale della rete quantistica. Leggendo i fotoni entangled su richiesta, la perdita esponenziale nella trasmissione in fibra ottica a lunga distanza può essere ridotta a perdita polinomiale. Per utilizzare la rete in fibra ottica esistente per costruire una rete quantistica, la memoria quantistica dovrebbe funzionare nella banda di comunicazione. Lo ione erbio delle terre rare ha una transizione ottica unica nella banda di comunicazione ed è un importante materiale candidato per realizzare la memoria quantistica nella banda di comunicazione. Tuttavia, il tempo di lettura della memoria quantistica esistente nella banda di comunicazione è preimpostato prima che il fotone venga scritto ed è impossibile realizzare la lettura su richiesta.
Il gruppo di ricerca di Li Chuanfeng e Zhou Zongquan ha elaborato in modo indipendente la guida d'onda ottica sul cristallo di silicato di ittrio drogato con erbio utilizzando la tecnologia di scrittura diretta laser e fibre ottiche ordinarie monomodali direttamente incollate e integrate su entrambe le estremità della guida d'onda. Al fine di ottenere la lettura su richiesta, il team di ricerca ha inoltre utilizzato la tecnologia di evaporazione elettronica per elaborare elettrodi su chip su entrambi i lati della guida d'onda, in modo da utilizzare l'effetto Stark indotto dal campo elettrico per controllare l'evoluzione coerente degli ioni di erbio in la guida d'onda in tempo reale. Polarizzando gli spin degli elettroni degli ioni di erbio e inizializzando i loro stati di spin nucleare, l'efficienza di immagazzinamento dei fotoni è aumentata al 10,9 percento, che è un miglioramento di 5-volte rispetto all'immagazzinamento quantistico riportato in precedenza per le bande di comunicazione integrate. La fedeltà dell'archiviazione quantistica su richiesta regolata dal campo elettrico raggiunge il 98,3%, superando di gran lunga il limite classico considerando l'efficienza dell'archiviazione e le statistiche dei fotoni.
Questo risultato realizza l'archiviazione quantistica su richiesta nella banda di comunicazione basata su ioni di erbio e questo dispositivo integrato in fibra ottica può essere collegato direttamente alla rete in fibra ottica esistente. Nel campo della comunicazione classica, l'invenzione degli amplificatori in fibra drogata con erbio ha reso la comunicazione in fibra ottica a lunga distanza una realtà. Allo stesso modo, l'archiviazione quantistica basata sugli ioni erbio può essere utilizzata anche per superare la perdita esponenziale nella comunicazione quantistica a lunga distanza, rendendo possibile il riutilizzo degli ioni erbio nelle reti quantistiche. ruolo importante nella costruzione.
Questo risultato è stato molto apprezzato dai revisori: "Rispetto al lavoro precedente, questo lavoro ha compiuto progressi importanti, in particolare il collegamento diretto della fibra ottica alla guida d'onda ottica, che supporta un funzionamento stabile in un ambiente a bassa temperatura".
