缩小半导体光子与原子记忆之间的差距

在一项重要进展中，研究人员成功地将量子技术的两个前景广阔的平台--半导体量子点和原子量子存储器--连接起来。在伦敦帝国理工学院萨拉-托马斯博士的领导下，国际合作团队利用基于铷原子蒸气的原子存储器，展示了高效存储砷化铟量子点发出的光并按需检索的能力。

量子点是一种纳米级半导体晶体，具有作为确定性单光子发射器和量子纠缠源的卓越能力。然而，要将量子点集成到大规模量子网络中，需要一个能够维持和操纵光子量子态的原子系统接口。暖蒸汽中的原子存储器具有与量子点相匹配的高存储效率和带宽，但在协调两者的光谱和时间分布方面存在挑战。

为了克服这一问题，研究小组将量子点设计为在 1529 纳米附近发射，与铷原子存储器保持一致。光子通过电光调制器进行时间滤波，并使用法布里-佩罗腔进行光谱滤波，以优化输入模式和存储器模式之间的相似性。令人印象深刻的是，他们实现了接近 13% 的总效率和 18+ 的信噪比，而这完全受限于探测器的噪声。

进一步的改进可以提高性能，例如将量子点发射线的电荷诱导展宽降至最低。科学家们提出了一些方法，如光泵浦、动态斯塔克偏移，或映射到超线性水平以消除多普勒失相，从而使存储的激发态寿命超过一秒。

这项具有里程碑意义的成就在半导体光子和原子存储器之间架起了一座桥梁。忠实连接不同量子系统的能力是将两个领先平台结合在一起的一个重要里程碑。这些接口的不断完善有望加快实用量子技术的开发进度，例如通过量子点将分布式存储器节点连接到电信光纤网络--这在理论上就是量子互联网。 

参考文献

1. Sarah E. Thomas, Lukas Wagner, Raphael Joos, Robert Sittig, Cornelius Nawrath, Paul Burdekin, Ilse Maillette de Buy Wenniger, Mikhael J. Rasiah, Tobias Huber-Loyola, Steven Sagona-Stophel, Sven Höfling, Michael Jetter, Peter Michler, Ian A. Walmsley, Simone L. Portalupi, Patrick M. Ledingham.量子点单光子源与原子量子存储器接口的电信光的确定性存储和检索。科学进展》，2024；10 (15) DOI:10.1126/sciadv.adi7346

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