中国科大突破固态量子存储关键瓶颈 单光子存储效率达80.3%创世界纪录

量子存储技术是构建未来量子互联网的核心环节,其效率直接决定量子通信网络的传输距离与稳定性。

长期以来,国际学界将50%的存储效率视为实用化“分水岭”——超越这一阈值,意味着量子信息传输可实现“得大于失”。

然而传统技术路线为追求高效率,不得不大幅增加介质尺寸,导致器件体积庞大,严重制约量子网络的集成化发展。

面对这一世界性难题,中国科大研究团队另辟蹊径,提出“阻抗匹配微腔”的全新物理架构。

该设计突破传统思维定式,通过精确调控光子与稀土离子相互作用,在仅200微米厚的掺铕硅酸钇晶体薄膜中实现近乎完美的光子捕获。

实验数据显示,其单光子存储效率达80.3%,较德国团队保持16年的纪录提升逾30个百分点。

技术突破的背后是基础研究的深厚积累。

研究组负责人解释,新型存储器采用双轨并行方案:一方面利用飞秒激光在晶体内部雕刻光波导,构建纳米级精度谐振腔;另一方面创新性地将晶体薄膜与开放式光纤微腔耦合,形成协同增强效应。

这种“双保险”设计不仅确保高效率,还实现了20个时间模式的并行操作,为构建多节点量子网络提供了关键技术支持。

值得关注的是,该成果兼具科学价值与工程意义。

在理论层面,首次验证了微腔系统中阻抗匹配原理对量子态的调控能力;在应用层面,器件体积较传统方案缩小三个数量级,相当于将冰箱大小的装置浓缩至芝麻尺寸。

业内专家指出,这种“小型化+高性能”的特性,使得量子存储器有望像经典集成电路一样实现规模化生产。

据课题组透露,下一步将重点攻关存储寿命延长与多用户联网测试。

随着量子卫星“墨子号”与地面光纤网络的建设推进,高效率微型量子存储器将为我国构建天地一体化量子通信网络提供核心硬件支撑。

国际权威期刊审稿人评价称,这项研究“重新定义了量子存储器的性能标准”。

从“以体积换性能”到“以结构增效”,此次进展体现了基础创新对工程路径的重塑能力。

量子网络的竞争最终将落在核心器件能否同时满足高性能、可集成与可复制的综合指标上。

面向未来,持续推动关键器件与系统验证协同推进,才能将实验室的纪录转化为可部署、可运营的网络能力,为量子信息产业化夯实底座。