Onderzoekers van CAS Key Laboratory of Quantum Information van de University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academy of Sciences hebben voor het eerst on-demand opslag van fotonische qubits in een geïntegreerd solid-state kwantumgeheugen aangetoond. Dit werk is gepubliceerd in Natuurkunde beoordelingsbrieven .

Quantumgeheugen is de kerntechnologie voor het bouwen van grootschalige kwantumnetwerken. Quantumrepeaters of kwantumharde schijven, gebaseerd op kwantumgeheugens, kan effectief fotonenverlies in het kanaal overwinnen, waardoor de werkafstand van kwantumnetwerken wordt vergroot.

On-demand opslag vereist bepaling van de opslagtijd nadat het foton is geabsorbeerd door het kwantumgeheugen, wat essentieel is voor kwantumnetwerken. Echter, geïntegreerde solid-state kwantumgeheugens die tot nu toe zijn gedemonstreerd, zijn allemaal gebaseerd op het atomaire frequentiekam (AFC) -schema met een vooraf bepaalde opslagtijd.

Om on-demand opslag te realiseren, de onderzoekers hebben een aangepast kwantumgeheugenschema aangenomen:het Stark-gemoduleerde AFC-schema. Ze maakten gebruik van het Stark-effect om de evolutie van de zeldzame-aarde-ionen in realtime te manipuleren door twee elektrische pulsen te introduceren om de opslagtijd van het kwantumgeheugen te regelen.

De onderzoekers gebruikten eerst een femtoseconde lasermicromachining (FLM) -systeem om optische golfgeleiders te fabriceren op het oppervlak van een met europium gedoteerd yttriumsilicaatkristal, en plaatste vervolgens twee on-chip elektroden aan beide zijden van de optische golfgeleiders, zodat de opslagtijd in realtime kon worden geregeld met een transistor-transistorlogica (TTL)-compatibele spanning. Het insertieverlies van de optische golfgeleider was minder dan 1 dB, wat momenteel de beste waarde is die wordt gerapporteerd voor geïntegreerde solid-state kwantumgeheugens.

Ze demonstreerden on-demand opslag van time-bin qubits met dergelijk geïntegreerd solid-state kwantumgeheugen, met een opslaggetrouwheid van 99,3% ± 0,2%. Dit resultaat ligt dicht bij de beste opslaggetrouwheid die wordt bereikt met in bulkkristallen (99,9%, PRL108, 190505), die in 2012 ook door dezelfde onderzoeksgroep werd gerapporteerd. De hoge betrouwbaarheid geeft de betrouwbaarheid van dit geïntegreerde kwantumgeheugen aan.

Dit werk is van groot belang voor het bouwen van kwantumgeheugen met grote capaciteit en het bouwen van kwantumnetwerken.