中科院首次實(shí)現(xiàn)光子軌道角動(dòng)量糾纏的量子存儲(chǔ)

中科院首次實(shí)現(xiàn)光子軌道角動(dòng)量糾纏的量子存儲(chǔ)

中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在高維量子中繼研究方面取得新進(jìn)展，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了光子軌道角動(dòng)量糾纏的量子存儲(chǔ)，進(jìn)一步證明了基于高維量子中繼器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大信息量量子信息傳輸?shù)目尚行?。光子的軌道角?dòng)量產(chǎn)生于電磁波的螺旋相位面。將光子編碼在軌道角動(dòng)量空間可以大幅增加光子的信息攜帶量；利用光子的高維編碼態(tài)還可提高量子密鑰傳輸?shù)陌踩?，?shí)現(xiàn)量子全息隱形傳態(tài)、量子鏡像密集編碼、全息量子計(jì)算等量子信息協(xié)議。遠(yuǎn)距離量子通信的實(shí)現(xiàn)必須在相鄰存儲(chǔ)單元之間建立量子糾纏，利用量子糾纏交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)量子中繼，進(jìn)而拓展信息傳輸?shù)木嚯x。因此，實(shí)現(xiàn)大信息量、長距離的量子信息傳輸首先必須解決量子高維糾纏的存儲(chǔ)問題。

中科院的研究人員首次實(shí)現(xiàn)了光子軌道角動(dòng)量糾纏在2個(gè)存儲(chǔ)單元之間的存儲(chǔ)，利用2個(gè)磁光阱制備出了2個(gè)冷原子團(tuán)，在其中1個(gè)冷原子團(tuán)內(nèi)采用自發(fā)拉曼（Raman）過程制備了單光子與原子系綜之間的糾纏。而后利用拉曼存儲(chǔ)協(xié)議將該光子存儲(chǔ)于另1個(gè)作為存儲(chǔ)介質(zhì)的冷原子團(tuán)中，實(shí)現(xiàn)了軌道角動(dòng)量糾纏在2個(gè)原子系綜之間的存儲(chǔ)。為了檢驗(yàn)糾纏特性，研究人員將原子系綜之間的糾纏轉(zhuǎn)移到光子之間，利用量子層析技術(shù)重構(gòu)了糾纏態(tài)的密度矩陣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種軌道角動(dòng)量糾纏可以被高保真地存儲(chǔ)。

(張 曉)