用于光谱复用量子存储器的 Tm$^{3+}$:Y$_3$Ga$_5$O$_{12}$材料

我们研究了 1% Tm$^{3+}$:Y$_3$Ga$_5$O$_{12}$中 795 nm $^3$H$_6$$\leftrightarrow$$^3$H$_4$跃迁的相关光谱特性，温度低至 1.2 K，旨在用于基于窄吸收特征持久光谱剪裁的光学量子存储器。我们的测量表明，该跃迁在 56 GHz 带宽内具有均匀的相干特性，并具有简单的超精细结构，其分裂为 $\pm$44 MHz/T，寿命长达数小时。此外，我们发现 $^3$F$_4$布居寿命为 64 ms——这是固体中电子能级观测到的最长寿命之一——以及异常长的相干寿命 490 $\mu$s——这是晶体中 Tm$^{3+}$离子光学跃迁观测到的最长寿命。我们的结果表明，该材料可实现宽带量子存储器，从而启用光谱复用量子中继器。