量子存储器是未来量子互联网的基石之一。如果没有它们，就不可能远距离传输量子信息并扩展到真正的量子网络。这些存储器的任务是接收以量子比特形式编码在光子中的量子信息，存储并检索它。量子存储器可以在不同的材料系统中实现，例如冷原子或掺杂晶体的集合。

为了成为有用的存储器，它们需要满足几个要求，例如存储能力的效率、持续时间和多路复用，以确保它们将支持的量子通信的质量。另一个需要大量研究的要求是设计可以直接集成到光纤网络中的量子存储器。

近年来，随着量子技术的蓬勃发展，已经有很多工作旨在提高现有量子存储器的可扩展性（使它们更小和/或更简单的设备），以促进它们在实际工作网络中的集成和部署。这种完全集成的方法有几个物理和工程障碍，包括找到一种保持良好相干特性的解决方案，提供一个高效稳定的系统将光子从光纤传输到量子存储器，以及控制系统的小型化。量子存储器及其与入射光的接口。所有这些都应该在达到设备“标准”批量版本中获得的相同性能水平的同时执行。到目前为止，这已被证明是具有挑战性的，目前光纤集成量子存储器的实现与批量存储器中所能达到的相去甚远。

有了这些目标，在最近发表在《科学进展》上的一项研究中，ICFO研究人员Jelena Rakonjac，Dario Lago-Rivera，Alessandro Seri和Samuele Grandi，由ICFO Hugues de Riedmatten的ICREA教授领导，与IFN-CNR的Giacomo Corrielli和Roberto Osellame以及赫瑞瓦特大学的Margherita Mazzera合作，已经能够证明光纤集成量子存储器和电信波长光子之间的纠缠。

图：连接到光纤的量子存储器的图片。

特殊的量子存储器

在他们的实验中，该团队使用掺有镨的晶体作为他们的量子存储器。然后将波导激光写入存储器内。这是晶体内的微米级通道，将光子限制和引导在狭窄的空间中。然后将两根相同的光纤连接到晶体的两侧，以在携带量子信息的光子和存储器之间提供直接接口。这种实验装置使量子存储器和光子源之间的全光纤连接成为可能。

为了证明这种集成的量子存储器可以存储纠缠，该团队使用了纠缠光子对源，其中一个光子与存储器兼容，而另一个光子与电信波长兼容。通过这种新颖的设置，他们能够存储 2 µs 到 28 µs 的光子，并在存储后保持光子对的纠缠。获得的结果是一项重大改进，因为该团队显示的纠缠存储时间比迄今为止使用的任何其他先前的光纤集成设备长 1000 倍（三个数量级），接近在大容量量子存储器中观察到的性能。

这要归功于该设备的完全集成特性，它允许使用比以前实现的更复杂的控制系统。最后，由于纠缠在存储在量子存储器中的可见光子和电信波长之间共享，该团队还证明了该系统与电信基础设施完全兼容，适用于长距离量子通信。

这种类型的集成量子存储器的演示开辟了许多新的可能性，特别是在多路复用、可扩展性和进一步集成方面。正如 Jelena Rakonjac 强调的那样，“这个实验给了我们很大的希望，因为我们设想可以在一个晶体中制造许多波导，这将允许许多光子同时存储在一个小区域中，并最大限度地发挥“

Hugues de Riedmatten 总结说：“我们对这一结果感到兴奋，它为光纤集成存储器开辟了许多可能性。很明显，这种特殊的材料和创建波导的方法使我们能够实现接近大容量存储器的性能。将来，将存储扩展到自旋状态将允许按需检索存储的光子，并导致我们一直瞄准的长存储时间。这种光纤集成的量子存储器无疑显示出了未来在量子网络中使用的巨大希望。”

原文链接：https://phys.org/news/2022-07-boost-fiber-integrated-quantum-memories.html

---煤油灯科技victorlamp.com翻译整理---