光的量子存储器是量子中继器和量子网络的基本组成部分，量子存储器的集成操作可以实现具有低功耗的可扩展应用。然而，到目前为止，集成器件中的光子量子存储寿命仅限于数十微秒，无法满足实际应用的要求。近期，中国科学技术大学郭光灿院士团队在可集成量子存储领域取得重要进展，基于团队原创的无噪声光子回波（NLPE）方案，研究组人员将可集成量子存储器的存储时间从10微秒级提升至毫秒级，首次实现了存储效率超越光纤延迟线的突破，为可集成量子存储在长程量子网络中的实际应用奠定了坚实基础。该成果3月26日发表在国际知名学术期刊《科学·进展》上，论文的通讯作者李传锋教授为合肥幺正量子科技有限公司创始团队成员。

此次可集成量子存储领域的重大突破，为实现远程量子网络及分布式量子计算系统奠定了基础。

（图片截取自中国科学技术大学物理学院网站）

光量子存储器作为克服信道损耗、构建大尺度量子网络的核心器件，其规模化应用需实现器件的集成化，从而达到小尺寸、低功耗的目标。自2011年以来，国际上已利用多种工艺在稀土掺杂晶体中制备了可集成量子存储器。然而，由于集成器件中噪声难以滤除且存储效率受限，现有装置仅能实现在原子激发态的存储，存储时间仅达10微秒级，存储效率远低于光纤延迟线的传输效率，从根本上限制了其在远程量子通信中的实际应用。

为解决这一难题，李传锋、周宗权研究组利用飞秒激光微加工技术，在掺铕硅酸钇晶体中制备了圆对称的凹陷包层光波导，实现了基于偏振自由度的噪声滤除，并结合团队原创的NLPE量子存储方案大幅提升了存储效率，从而实现了在原子基态的自旋波可集成量子存储 [National Science Review 12, nwae161 (2024)]。

近期，团队在晶体上表面集成了共面电波导，通过施加射频磁场实现对光波导内铕离子核自旋跃迁的动力学解耦控制，从而将自旋波量子存储寿命延长至毫秒级。当光量子比特的存储时间达1.021毫秒时，其存储效率达到12.0±0.5%，这一效率远超对应延时的光纤延迟线的传输效率（仅0.01%），充分证明了可集成量子存储器件在功能上已不可能被光纤延迟线替代。

该工作把可集成量子存储器的寿命从10微秒级提升至毫秒级，首次实现了存储效率超越光纤延迟线的突破，为可集成量子存储在长程量子网络中的实际应用奠定了坚实基础。同时，该成果展现了NLPE方案在解决长寿命量子存储信噪比问题上的巨大潜力。审稿人高度评价：“This is a very important achievement in the field of integrated quantum memories”（这是在可集成量子存储领域非常重要的进步），“this work makes a significant contribution to the development of integrated and long-duration quantum memories”（这项工作对可集成和长寿命量子存储器的发展做出了重要贡献）”。

图1：长寿命可集成量子存储实验示意图，插图显示存储器入射端面的细节

图2：可集成量子存储器的效率及寿命表现，光纤延迟线的表现由蓝色虚线表示，红色五角星是本项成果的表现

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu5264

以上文字内容转自：

中国科学技术大学  https://physics.ustc.edu.cn/2025/0330/c3588a678710/page.htm

光子盒  https://mp.weixin.qq.com/s/t8eST5MLmGw-JBKjRtS_mA