中国科大刷新固态量子存储效率纪录 器件体积同步缩小上千倍

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在量子收集焦点器件上取患上重要冲破。该团队李传锋、周宗权研究组基于立异的“阻抗婚配微腔”量子存储架构，研制出效率高达80.3%、体积仅4×10⁻⁵ 妹妹³的固态量子存储器，效率创世界纪录，且体积较现有器件放大上千倍。该结果2月11日颁发正在国际出名学术期刊《天然·光子学》。

　　光量子存储器是构建量子中继以及将来量子互联网的焦点器件，间接决议量子收集的范围与速度。此中，50%的存储效率被称为“非克隆边界”，凌驾这一边界象征着可哄骗的光子多于迷失的光子，是器件迈向现实使用的要害阈值。正在以往研究中，为了完成高存储效率，研究职员广泛依赖增年夜介质尺寸来加强光接收才能，招致器件体积复杂（0.1 妹妹³-10⁴ 妹妹³量级），制约了其范围化集成与使用。

　　面临这一应战，中国科年夜团队独辟蹊径，构建了基于“阻抗婚配微腔”的全新量子存储架构（图1）。研究团队基于掺铕硅酸钇晶体设计了两种新型的微腔加强量子存储器：一种是哄骗激光正在晶体外部镌刻光波导，镀膜造成波导腔；另外一种则将晶体薄膜耦合开放式的光纤微腔。

图1：“阻抗婚配微腔”量子存储安装图，左侧为波导腔，右侧为光纤微腔

　　该架构的立异的地方正在于摒弃了传统的“以体积换机能”思绪，而是经由过程微腔的光干预干与效应完成对光子的完善接收。当微腔透过率与稀土离子接收率相称（即阻抗婚配）时，仅需200微米厚的晶体薄膜便可近乎完善地捕捉单个光子。这一尺寸与头发丝的直径至关，整个存储安装的体积仅4×10^-5妹妹³。该微型量子存储安装终极完成了80.3%的单光子存储效率，而且正在冲破50%效率阈值的前提下，完成了20个时间模式的并行存储。

　　该结果一举打破坚持了16年的固态量子存储效率世界纪录（69%），并同步将器件体积放大上千倍，胜利解决了恒久以来“高效率”与“小体积”难以兼患上的技能难题（如图2红框所示）。这为完成高速量子中继、年夜容量可挪动存储及范围化量子收集奠基了要害根蒂根基。审稿人对此赐与高度评估：“Both cavity-enhanced memory efficiencies exceeded the 50% no-cloning threshold, representing a major milestone in integrated photonic quantum memories. These results set a new bar for photonic quantum memory technology, especially in a small device form factor enabling scalable manufacturing and high memory capacity.”（两种腔加强存储的效率都凌驾了50%的非克隆边界，这是集成光量子存储范畴的重年夜里程碑。这一结果为光量子存储技能树立了新标杆，其小型化的器件形态尤其要害，为范围化创造与年夜容量存储奠基了根蒂根基。）”。“While they achieve record efficiencies…they also demonstrate several essential and useful features, including the storage of non-classical light, temporal multiplexing, on demand recall, and the possibility of spectral multiplexing, with efficiencies higher than the 50 % threshold.”（他们不只完成了破纪录的存储效率…还展示了多项要害而实用的功用，包含量子光场存储、时域复用、按需读取和频谱复用才能，且效率均高于50%阈值。）

图2：量子存储器的效率及安装体积比照，红框圈出的是本结果的成果

　　该结果由博士后靳明、博士生孟若然、刘肖副研究员实现光纤微腔存储试验，博士生刘沛希以及朱天翔副研究员实现波导腔存储试验，博士后梁澎军生长高品质掺铕硅酸钇晶体，张超特任传授制备窄线宽量子光源。研究事情获得了合胖国度试验室、国度天然迷信基金委和中国迷信院的赞助。周宗权获得中国迷信院青年立异促成会优异会员的赞助。

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/10.1038/s41566-026-01845-y