Nedavno je istraživačka grupa Li Chuanfenga i Zhou Zongquana, predvođena akademikom Guo Guangcanom sa Univerziteta nauke i tehnologije Kine, realizirala kvantno skladištenje fotona na zahtjev u komunikacijskom pojasu zasnovanom na talasovodima dopiranim erbijem, što je važan korak ka izgradnju kvantnih mreža optičkih vlakana velikih razmjera. Rezultati su nedavno objavljeni u međunarodnom akademskom časopisu Physical Review Letters.
Kvantna memorija je osnovni uređaj kvantne mreže. Čitanjem zapletenih fotona na zahtjev, eksponencijalni gubitak u prijenosu optičkih vlakana na velike udaljenosti može se smanjiti na polinomski gubitak. Da bi se postojeća mreža optičkih vlakana koristila za izgradnju kvantne mreže, kvantna memorija bi trebala raditi u komunikacijskom pojasu. Ion rijetke zemlje erbija ima jedinstven optički prijelaz u komunikacijskom pojasu i važan je materijal kandidata za realizaciju kvantne memorije u komunikacijskom pojasu. Međutim, vrijeme očitavanja postojeće kvantne memorije u komunikacijskom pojasu je unaprijed postavljeno prije nego što se foton upiše, te je nemoguće realizirati očitavanje na zahtjev.
Istraživačka grupa Li Chuanfenga i Zhou Zongquana neovisno je obrađivala optički valovod na kristalu itrijum silikata dopiranog erbijem koristeći tehnologiju direktnog pisanja laserom, te direktno zalijepila i integrirala obična jednomodna optička vlakna na oba kraja valovoda. Kako bi se postiglo očitavanje na zahtjev, istraživački tim je dalje koristio tehnologiju isparavanja elektrona za obradu elektroda na čipu na obje strane valovoda, kako bi koristio Starkov efekat izazvan električnim poljem za kontrolu koherentne evolucije jona erbija u talasovod u realnom vremenu. Polarizacijom elektronskih spinova jona erbija i inicijalizacijom njihovih nuklearnih spinova, efikasnost skladištenja fotona je povećana na 10,9 procenata, što je 5-putostruko poboljšanje u poređenju sa prethodno prijavljenim kvantnim skladištenjem za integrisane komunikacione pojaseve. Vjernost kvantnog skladišta na zahtjev reguliranog električnim poljem dostiže 98,3 posto, daleko premašujući klasičnu granicu s obzirom na efikasnost skladištenja i statistiku fotona.
Ovo dostignuće ostvaruje kvantnu pohranu na zahtjev u komunikacijskom opsegu na bazi jona erbija, a ovaj integrirani uređaj s optičkim vlaknima može se direktno povezati na postojeću mrežu optičkih vlakana. U polju klasične komunikacije, izum pojačivača vlakana dopiranih erbijem je učinio komunikaciju optičkim vlaknima na daljinu stvarnošću. Slično tome, kvantno skladištenje zasnovano na jonima erbija može se koristiti i za prevazilaženje eksponencijalnog gubitka u kvantnoj komunikaciji na daljinu, što omogućava da se joni erbija ponovo koriste u kvantnim mrežama. važnu ulogu u građevinarstvu.
Recenzenti su visoko hvalili ovo dostignuće: "U poređenju sa prethodnim radom, ovaj rad je napravio značajan napredak, posebno direktno vezivanje optičkog vlakna na optički talasovod, koji podržava stabilan rad u okruženju niskih temperatura."
