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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

阅读： 发布时间：2026-02-25

科学技术大学郭光灿士团队在量子网络核心器件上取得重要突破。该团队李传锋、上海上自仪转速表厂周宗权研究组基于创新的“阻抗匹配微腔”量子存储架构，研制出效率高达80.3%、体积仅4×10⁻⁵ mm³的固态量子存储器，效率创世界纪录，且体积较现有器件缩小上千倍。该成果2月11日发表在国际学术期刊《自然·光子学》。

  光量子存储器是构建量子中继和未来量子互联网的核心器件，直接决定量子网络的规模与速率。其中，上自仪自动化仪表厂50%的存储效率被称为“非克隆界限”，过这一界限意味着可利用的光子多于丢失的光子，是器件迈向实际应用的关键阈值。在以往研究中，为了实现高存储效率，研究人员普遍依赖增大介质尺寸来增强光吸收能力，导致器件体积庞大(0.1 mm³-10⁴ mm³量级)，制约了其规模化集成与应用。

  面对这一挑战，科大团队独辟蹊径，构建了基于“阻抗匹配微腔”的全新量子存储架构。上海自仪九厂研究团队基于掺铕硅酸钇晶体设计了两种*的微腔增强量子存储器：一种是利用激光在晶体内部雕刻光波导，镀膜形成波导腔；另一种则将晶体薄膜耦合开放式的光纤微腔。

  新跃仪表电位器该架构的创新之处在于摒弃了传统的“以体积换性能”思路，而是通过微腔的光干涉效应实现对光子的*吸收。当微腔透过率与稀土离子吸收率相等(即阻抗匹配)时，仅需200微米厚的晶体薄膜即可近乎*地捕获单个光子。这一尺寸与头发丝的直径相当，红旗仪表有限公司整个存储装置的体积仅4×10-5mm3。该微型量子存储装置*终实现了80.3%的单光子存储效率，并且在突破50%效率阈值的条件下，实现了20个时间模式的并行存储。

  该成果一举打破保持了16年的固态量子存储效率世界纪录(69%)，并同步将器件体积缩小上千倍，*解决了长期以来“高效率”与“小体积”难以兼得的技术难题。这为实现高速量子中继、大容量可移动存储及规模化量子网络奠定了关键基础。审稿人对此给予高度评价：“Both cavity-enhanced memory efficiencies exceeded the 50% no-cloning threshold, representing a www.shyb9.com/major milestone in integrated photonic quantum memories. These results set a new bar for photonic /www.zghq5.com/quantum memory technology, especially in a small device form factor enabling scalable manufacturing and high memory capacity.”(两种腔增强存储的效率都过了50%的非克隆界限，这是集成光量子存储领域的重大里程碑。这一成果为光量子存储技术树立了新，其小型化的器件形态尤为关键，为规模化制造与大容量存储奠定了基础。)”。“While they achieve r/www.shyb9.com/ecord efficiencies…they www.shzy4.com/also demonstrate several essential and useful features, including the storage of non-classical light,www.shyb118.com/ temporal multiplexing, on/WWW.shhzy3.cndemand recall, and the possibility of spectral multiplexing, WWW.shSAIC.NET/with efficiencies higher than the 50 % threshold.”(他们不仅实现了破纪录的存储效率…还展示了多项关键而实用的功能，上海仪表九厂包括量子光场存储、时域复用、按需读取以及频谱复用能力，且效率均高于50%阈值。)

  该成果由博士后靳明、博士生孟若然、刘肖副研究员完成光纤微腔存储实验，博士生刘沛希和朱天翔副研究员完成波导腔存储实验，博士后梁澎军生长高质量掺铕硅酸钇晶体，张特任教授制备窄线宽量子光源。研究工作得到了合肥*实验室、*自然科学基金委以及科学的资助。周宗权得到科学青年创新促进会*会员的资助。