|信息通信技术与政策集成固态光量子存储器件研究进展∗魏世海张雪莹廖金宇樊博宇范云茹周强(电子科技大学基础与前沿研究院,成都610054)摘要:集成量子存储器在大规模量子网络建设中将扮演核心作用。近年来,人们致力于实现高性能集成光量子存储器件,其中基于稀土掺杂固体材料的集成固态光量子存储器件具有显著优势。此类量子存储器有望支持长时间、高效率、高保真、大带宽和多模式的光量子存储,还易与其他量子功能器件直接集成,发展全集成的量子信息器件。回顾了不同集成固态光量子存储器件的研究进展,包括掺铒石英光纤、钛扩散掺杂铌酸锂波导、飞秒激光直写掺杂波导和聚焦离子束刻蚀掺杂器件等,比较分析了各自的特点、潜力和挑战。关键词:量子网络;量子存储;稀土掺杂固体材料;可集成性中图分类号:O413;TN929.1文献标志码:A引用格式:魏世海,张雪莹,廖金宇,等.集成固态光量子存储器件研究进展[J].信息通信技术与政策,2023,49(7):44-52.DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2023.07.0060引言量子网络[1-3]将实现许多革命性的应用,包括量子通信、量子计算和量子精密测量[4-8]等。为了实现远距离量子网络节点间的量子互联,光子被认为是最适合的量子信息载源,它不仅有利于实现远距离传输,还便于进行量子信息编码。尽管通过光纤直接传输光子并完成量子信息应用的最长距离已经达到1000km[9],但是光子损耗随量子通道距离呈指数增加,进一步增加光子的传输距离仍然具有挑战性。克服距离限制的有效方法之一是量子中继方案[10],它将传输通道划分为多个短距离链路,即基础链路,并通过量子纠缠交换在基础链路之间建立量子纠缠联接[11-12]。量子中继方案的实现依赖于使用光量子存储器实现不同基础链路间的时间同步。因此,发展大规模量子网络的主要挑战之一是研制高性能的光量子存储器件[13]。近年来,人们致力于在各种量子材料中实现高性能的量子存储,包括单粒子[14]、原子气体[15]和稀土离子掺杂固态(Rare-EarthIonsDopedSolid-State,REIDS)材料[16-17]等。每个材料体系在某些指标上具备一些性能优势,然而考虑到实际应用中对器件的可扩展性要求,可集成的光量子存储器件对大规模量子网络的建设至关重要。在发展集成光量子存储器件方面,使用REIDS材料的技术路线具有以下显著特点:一方面,大部分光量子存储协议都可以在REIDS材料的器件中实现;另一方面,RIEDS材料制备的器件可以实现长时间、高效率、高保真、大带宽和多模式的光量·44·∗基金项目:国家重点研发计划项目(No.2018...
