【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科大郭光燦院士團隊在基于冷原子的量子存儲實驗研究中取得了重要進展：該團隊史保森教授?丁冬生教授等與合作者利用冷原子系綜實現(xiàn)了25維量子態(tài)的高效率存儲。該研究成果于2023年12月15日在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊<<物理評論快報>>上[Phys. Rev. Lett.131，240801(2023)]。
 

　　量子存儲器是構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)不可或缺的功能單元，而實現(xiàn)高維量子態(tài)的高效率存儲對提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量具有重要意義。近年來，盡管研究人員基于不同物理體系實現(xiàn)了高效率的量子存儲，然而這些存儲器要么所存儲的量子態(tài)是一個兩維態(tài)，要么雖然實現(xiàn)了高維態(tài)存儲，但存儲效率較低。實現(xiàn)滿足高維、高效率的量子存儲器仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。
 

圖1.高維維量子存儲器實驗示意圖
 

　　為了解決這一難題，近年來史保森教授帶領(lǐng)的科研團隊開展了高維量子存儲器的深入研究，在以前研究進展的基礎(chǔ)上，最近他們利用通過激光冷卻與囚禁技術(shù)獲得的大光學(xué)厚度的冷銣原子團作為存儲介質(zhì)，以完美渦旋光作為信息載體，并采用軌道角動量作為信息編碼自由度，利用完美渦旋光的橫截面大小與軌道角動量拓?fù)浜蓴?shù)無關(guān)的特點，實現(xiàn)了25維的光量子態(tài)存儲，效率達到60%。由于該存儲器對25個軌道角動量模式態(tài)具有相同的存儲效率，因此不僅可以存儲一個25維量子態(tài)，也可以對一個由25個軌道角動量模式任意組合的高維量子態(tài)進行高效率存儲，顯示出對任意可編程量子態(tài)的兼容能力，因此該結(jié)果在實際量子通訊中具有重要應(yīng)用價值。
 

(a)
 

(b)
 

　　圖2(a)任意軌道角動量模式的量子態(tài)存儲；(b)任意軌道角動量模式組合的量子態(tài)存儲效率。

 

　　本工作第一作者為中國科學(xué)院量子信息重點實驗室博士后董明新和博士生張偉航，史保森教授、丁冬生教授和合肥師范學(xué)院的李大創(chuàng)教授為通信作者。這項工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部的支持。(中國科學(xué)院量子信息重點實驗室、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學(xué)院、科研部)