中国科学家首次实现毫秒级可集成量子存储器

2025 年 3 月 31 日，中国科学技术大学郭光灿院士团队宣布，其李传锋、周宗权研究组基于原创的“无噪声光子回波（NLPE）”方案，成功将可集成量子存储器的存储时间从 10 微秒级提升至毫秒级，并首次实现存储效率超越传统光纤延迟线。

这一突破性成果发表于国际权威期刊《科学・进展》（Science Advances），标志着我国在量子通信核心器件研发领域迈出重要一步。论文标题《Millisecond-level integrated quantum memory with high efficiency》，2025年3月26日在线发表，DOI：10.1126/sciadv.adu5264。

技术突破：从微秒到毫秒的跨越

光量子存储器是构建大尺度量子网络和克服信道损耗的核心器件，其规模化应用需兼顾集成化与高效存储。然而，传统集成器件受限于噪声干扰和存储效率，存储时间仅能达到 10 微秒级（百万分之一秒），效率远低于光纤延迟线，成为制约量子网络发展的瓶颈。 

长寿命可集成量子存储实验示意图，插图显示存储器入射端面的细节

研究团队通过创新技术路径实现了关键突破：

• 飞秒激光微加工技术：在掺铕硅酸钇晶体中制备圆对称凹陷包层光波导，实现了基于偏振自由度的噪声滤除，为高效存储奠定基础。
• 共面电波导集成：在晶体表面集成共面电波导，结合射频磁场精确调控铕离子核自旋跃迁，将自旋波量子存储寿命延长至 1.021 毫秒（千分之一秒），提升两个数量级，效率达 12.0±0.5%，远超同等延时下光纤延迟线 0.01% 的传输效率。

可集成量子存储器的效率及寿命表现，光纤延迟线的表现由蓝色虚线表示，红色五角星是本项成果的表现

十年磨一剑，意义深远 

该成果首次证明集成量子存储器在功能上超越传统光纤方案，解决了长期困扰量子通信的信噪比难题。存储时间提升至毫秒级，使量子信号在复杂网络中的路由与同步成为可能，为构建实用化长程量子通信网络提供了关键技术支撑，同时展示了NLPE方案在解决长寿命量子存储信噪比问题上的巨大潜力。

国际审稿人评价称：“这是可集成量子存储领域的重要里程碑，为长寿命量子存储器发展作出显著贡献。” （原文：“This is a very important achievement in the field of integrated quantum memories”、"This work makes a significant contribution to the development of integrated and long-duration quantum memories"）

《科学·进展》编辑指出，该技术（NLPE）突破为未来量子计算、量子密钥分发等应用提供了新的技术路径。

郭光灿院士团队长期深耕量子存储领域，此次突破源于其原创的 NLPE 方案与持续技术攻关。研究得到科技创新 2030 重大项目、国家自然科学基金委等多方支持，论文第一作者为博士生刘宇平。

随着量子计算与通信技术的快速发展，毫秒级可集成量子存储器的成功研发将加速量子网络的商业化进程。研究团队计划进一步优化器件性能，探索其在量子中继、分布式量子计算等场景的应用，为我国在量子信息领域的国际竞争筑牢基础。