On-Demand-Speicherung von photonischen Qubits bei Telekommunikationswellenlängen

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Briefe zur körperlichen Überprüfunggelang einem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Guo Guangcan von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) die On-Demand-Speicherung von photonischen Qubits bei Telekommunikationswellenlängen unter Verwendung eines lasergeschriebenen Wellenleiters, der in hergestellt wurde ein Erbium-dotierter Kristall.

Quantenspeicher sind entscheidende Geräte in Quantennetzwerken. Um Quantennetzwerke unter Verwendung aktueller Glasfasernetzwerke aufzubauen, sollten solche Geräte bei Telekommunikationswellenlängen funktionieren. Aufgrund ihrer festen Auslesezeit waren bereits vorhandene Quantenspeichersysteme bei Telekommunikationswellenlängen jedoch nicht in der Lage, eine On-Demand-Speicherung zu realisieren.

In dieser Studie verarbeiteten die Forscher einen faserintegrierten Quantenspeicher bei Telekom-Wellenlängen basierend auf einem lasergeschriebenen Wellenleiter, der in einem mit Erbium dotierten Yttriumsilikat (167Er3+:Y2SiO5)-Kristall hergestellt wurde.

Um On-Demand-Speicherung und -Abruf zu realisieren, klebten und integrierten die Forscher gewöhnliche Singlemode-Fasern an beiden Enden des Wellenleiters. Sie verwendeten die elektronische Verdampfungstechnologie, um On-Chip-Elektroden auf beiden Seiten des Wellenleiters herzustellen. Um die Speichereffizienz weiter zu steigern, polarisierten sie den Elektronenspin des Erbium-Ions und initialisierten seinen Kernspinzustand.

Solche Methoden führten zu einer fünffachen Steigerung (bis zu 10,9 %) der Photonenspeichereffizienz im Vergleich zu zuvor berichteten Ergebnissen. Darüber hinaus erreichte die Wiedergabetreue des On-Demand-Quantenspeichers 98,3 %, wodurch der Verlust bei der Glasfaserübertragung über große Entfernungen erheblich reduziert wurde.

Diese Arbeit demonstriert eine wesentliche Voraussetzung für faserbasierte Quantennetzwerkanwendungen und ist ein Fortschritt beim Aufbau von groß angelegten Quantennetzwerken auf der Grundlage bestehender Fasernetzwerke.