实现远距离的纠缠传递,并基于此建立全国至全球范围的量子网络,需要大量的量子硬件设备支持,比如纠缠光子源,量子存储器,量子交互器与量子传感器等。在南方科技大学量子科学与工程研究院固态量子存储课题组,我们使用稀土离子晶体来发展这些量子硬件,这是我们长远的目标,不过现阶段,我们会专注于发展固态量子存储器。


1. 稀土离子晶体


2. 可移动固态存储器

所谓量子存储,是指把光信号中的量子态存储到材料体系中,经过一个可控的时间之后,通过一定的控制信号,把存进去的量子态完好地恢复到光信号中,用于量子通信或者量子信息处理。实用化的量子存储器需要具备较长的存储时间和较高的存储效率,而在大部分材料体系中,材料能级跃迁的相干时间较短(一般几纳秒到几十微秒),限制了量子存储的寿命与效率。

材料体系能级的相干时间短,主要源于其与环境的各种相互作用,尤其是在固态材料中,这种相互作用更加复杂,所以相比于自由离子或者原子,更不易取得长相干时间。但是晶体中的稀土离子,由于其特殊的电子结构,结合特定的晶体环境,通过合适的量子控制技术,我们已经在实验室实现了6个小时的相干时间,并有望把这个时间延长到几周甚至一个月。这个长相干特性,结合其作为固体在设备加工方面的优势,非常适合发展量子存储器等量子硬件。

南科大量子科学与工程研究院固态量子存储实验室的PI团队由钟满金博士与汪福东博士组成,并从法国与中科大引进了刘书萍博士与李宗峰博士。目前实验室已搭建完成了一个材料生长实验室平台和一个低温光学实验室平台。其中,材料生长实验室用于生长一些非常特别的稀土晶体材料,并对这些材料进行高精度光谱表征,以评估其在量子领域的应用,对于适合的材料体系进行性能的优化。


3. 晶体生长实验室


4. 稀土纳米晶体

低温光学实验室,我们需要在低温条件下,通过激光,电场,磁场等信号对稀土离子晶体进行量子调控,优化体系的各个参数,开发高性能的,实用化的量子存储器等量子硬件设备


5. 低温光学实验室


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