【儀表網 研發快訊】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了25維量子態的高效率存儲。該研究成果于2023年12月15日在線發表在國際知名學術期刊<<物理評論快報>>上[Phys. Rev. Lett.131，240801(2023)]。
 

　　量子存儲器是構建量子網絡不可或缺的功能單元，而實現高維量子態的高效率存儲對提高量子網絡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是一個兩維態，要么雖然實現了高維態存儲，但存儲效率較低。實現滿足高維、高效率的量子存儲器仍然面臨很大的挑戰。
 

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上，最近他們利用通過激光冷卻與囚禁技術獲得的大光學厚度的冷銣原子團作為存儲介質，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撲荷數無關的特點，實現了25維的光量子態存儲，效率達到60%。由于該存儲器對25個軌道角動量模式態具有相同的存儲效率，因此不僅可以存儲一個25維量子態，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進行高效率存儲，顯示出對任意可編程量子態的兼容能力，因此該結果在實際量子通訊中具有重要應用價值。
 

(a)
 

(b)
 

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

 

　　本工作第一作者為中國科學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院的李大創教授為通信作者。這項工作得到了國家自然科學基金委、科技部的支持。(中國科學院量子信息重點實驗室、中國科學院量子信息和量子科技創新研究院、物理學院、科研部)