Pred kratkim je raziskovalna skupina Li Chuanfenga in Zhouja Zongquana, ki jo vodi akademik Guo Guangcan s Kitajske univerze za znanost in tehnologijo, realizirala kvantno shranjevanje fotonov na zahtevo v komunikacijskem pasu na podlagi valovodov, dopiranih z erbijem, kar je pomemben korak k izgradnja obsežnih kvantnih omrežij z optičnimi vlakni. Rezultati so bili nedavno objavljeni v mednarodni akademski reviji Physical Review Letters.
Kvantni pomnilnik je jedro naprave kvantnega omrežja. Z branjem zapletenih fotonov na zahtevo je mogoče eksponentno izgubo pri prenosu optičnih vlaken na dolge razdalje zmanjšati na polinomsko izgubo. Da bi uporabili obstoječe omrežje optičnih vlaken za izgradnjo kvantnega omrežja, mora kvantni pomnilnik delovati v komunikacijskem pasu. Erbijev ion redke zemlje ima edinstven optični prehod v komunikacijskem pasu in je pomemben material kandidat za uresničitev kvantnega spomina v komunikacijskem pasu. Vendar pa je čas odčitavanja obstoječega kvantnega pomnilnika v komunikacijskem pasu vnaprej nastavljen, preden je foton zapisan, in je nemogoče realizirati odčitavanje na zahtevo.
Raziskovalna skupina Li Chuanfeng in Zhou Zongquan je neodvisno obdelala optični valovod na kristalu itrijevega silikata, dopiranega z erbijem, z uporabo tehnologije neposrednega laserskega pisanja ter neposredno prilepila in integrirala navadna enomodna optična vlakna na obeh koncih valovoda. Da bi dosegli odčitavanje na zahtevo, je raziskovalna skupina dodatno uporabila tehnologijo izhlapevanja elektronov za obdelavo elektrod na čipu na obeh straneh valovoda, tako da je uporabila Starkov učinek, ki ga povzroči električno polje, za nadzor koherentnega razvoja erbijevih ionov v valovod v realnem času. S polarizacijo elektronskih vrtljajev erbijevih ionov in inicializacijo njihovih jedrskih vrtilnih stanj se učinkovitost shranjevanja fotonov poveča na 10,9 odstotka, kar je 5-kratno izboljšanje v primerjavi s predhodno poročanim kvantnim shranjevanjem za integrirane komunikacijske pasove. Zvestoba kvantnega shranjevanja na zahtevo, ki ga regulira električno polje, doseže 98,3 odstotka, kar daleč presega klasično mejo glede na učinkovitost shranjevanja in statistiko fotonov.
Ta dosežek uresničuje kvantno shranjevanje na zahtevo v komunikacijskem pasu, ki temelji na erbijevih ionih, in to integrirano napravo z optičnimi vlakni je mogoče neposredno povezati z obstoječim omrežjem z optičnimi vlakni. Na področju klasične komunikacije je izum optičnih ojačevalnikov, dopiranih z erbijem, uresničil komunikacijo po optičnih vlaknih na dolge razdalje. Podobno se lahko kvantno shranjevanje, ki temelji na erbijevih ionih, uporabi tudi za premagovanje eksponentne izgube v kvantni komunikaciji na dolge razdalje, kar omogoča ponovno uporabo erbijevih ionov v kvantnih omrežjih. pomembno vlogo v gradbeništvu.
Recenzenti so ta dosežek zelo pohvalili: "V primerjavi s prejšnjim delom je to delo doseglo pomemben napredek, zlasti neposredna vezava optičnega vlakna na optični valovod, ki podpira stabilno delovanje v okolju z nizko temperaturo."
